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ISSN 2410-3934 Revista de Energía Química y Física Volumen 6, Número 19 – Abril – Junio - 2019

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Page 1: Revista de Energía Química y Física...ISSN 2410-3934 Revista de Energía Química y Física Volumen 6, Número 19 – Abril – Junio - 2019

ISSN 2410-3934

Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica Volumen 6 Nuacutemero 19 ndash Abril ndash Junio - 2019

ECORFAN-Bolivia

Editor en Jefe ROSALES-BORBOR Eleana BsC

Directora Ejecutiva RAMOS-ESCAMILLA Mariacutea PhD

Director Editorial PERALTA-CASTRO Enrique MsC

Disentildeador Web

ESCAMILLA-BOUCHAN Imelda PhD

Diagramador Web

LUNA-SOTO Vladimir PhD

Asistente Editorial

SORIANO-VELASCO Jesuacutes BsC

Traductor

DIacuteAZ-OCAMPO Javier BsC

Filoacuteloga

RAMOS-ARANCIBIA Alejandra BsC

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Volumen 6 Nuacutemero 19 de Abril a Junio

-2019 es una revista editada

trimestralmente por ECORFAN-Bolivia

Loa 1179 Cd Sucre Chuquisaca

Bolivia WEB wwwecorfanorg

revistaecorfanorg Editora en Jefe

ROSALES-BORBOR Eleana BsC

ISSN-2410-3934 Responsables de la

uacuteltima actualizacioacuten de este nuacutemero de la

Unidad de Informaacutetica ECORFAN

ESCAMILLA-BOUCHAacuteN Imelda

PhD LUNA-SOTO Vladimir PhD

actualizado al 30 de Junio del 2019

Las opiniones expresadas por los autores

no reflejan necesariamente las opiniones

del editor de la publicacioacuten

Queda terminantemente prohibida la

reproduccioacuten total o parcial de los

contenidos e imaacutegenes de la publicacioacuten

sin permiso del Instituto Nacional del

Derecho de Autor

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Definicioacuten del Research Journal

Objetivos Cientiacuteficos

Apoyar a la Comunidad Cientiacutefica Internacional en su produccioacuten escrita de Ciencia Tecnologiacutea en

Innovacioacuten en el Aacuterea de Biologiacutea y Quiacutemica en las Subdisciplinas de quiacutemica analiacutetica quiacutemica

farmaceacuteutica quiacutemica fiacutesica quiacutemica inorgaacutenica quiacutemica macromolecular quiacutemica nuclear fiacutesica de

fluidos fiacutesica estadiacutestica fiacutesica molecular fiacutesica teoacuterica

ECORFAN-Meacutexico SC es una Empresa Cientiacutefica y Tecnoloacutegica en aporte a la formacioacuten del Recurso

Humano enfocado a la continuidad en el anaacutelisis criacutetico de Investigacioacuten Internacional y estaacute adscrita al

RENIECYT de CONACYT con nuacutemero 1702902 su compromiso es difundir las investigaciones y

aportaciones de la Comunidad Cientiacutefica Internacional de instituciones acadeacutemicas organismos y

entidades de los sectores puacuteblico y privado y contribuir a la vinculacioacuten de los investigadores que

realizan actividades cientiacuteficas desarrollos tecnoloacutegicos y de formacioacuten de recursos humanos

especializados con los gobiernos empresas y organizaciones sociales

Alentar la interlocucioacuten de la Comunidad Cientiacutefica Internacional con otros centros de estudio de Meacutexico

y del exterior y promover una amplia incorporacioacuten de acadeacutemicos especialistas e investigadores a la

publicacioacuten Seriada en Nichos de Ciencia de Universidades Autoacutenomas - Universidades Puacuteblicas

Estatales - IES Federales - Universidades Politeacutecnicas - Universidades Tecnoloacutegicas - Institutos

Tecnoloacutegicos Federales - Escuelas Normales - Institutos Tecnoloacutegicos Descentralizados - Universidades

Interculturales - Consejos de CyT - Centros de Investigacioacuten CONACYT

Alcances Cobertura y Audiencia

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica es un Research Journal editado por ECORFAN-Meacutexico SC en su

Holding con repositorio en Bolivia es una publicacioacuten cientiacutefica arbitrada e indizada con periodicidad

trimestral Admite una amplia gama de contenidos que son evaluados por pares acadeacutemicos por el meacutetodo

de Doble-Ciego en torno a temas relacionados con la teoriacutea y praacutectica de quiacutemica analiacutetica quiacutemica

farmaceacuteutica quiacutemica fiacutesica quiacutemica inorgaacutenica quiacutemica macromolecular quiacutemica nuclear fiacutesica de

fluidos fiacutesica estadiacutestica fiacutesica molecular fiacutesica teoacuterica con enfoques y perspectivas diversos que

contribuyan a la difusioacuten del desarrollo de la Ciencia la Tecnologiacutea e Innovacioacuten que permitan las

argumentaciones relacionadas con la toma de decisiones e incidir en la formulacioacuten de las poliacuteticas

internacionales en el Campo de las Biologiacutea y Quiacutemica El horizonte editorial de ECORFAN-Meacutexicoreg

se extiende maacutes allaacute de la academia e integra otros segmentos de investigacioacuten y anaacutelisis ajenos a ese

aacutembito siempre y cuando cumplan con los requisitos de rigor argumentativo y cientiacutefico ademaacutes de

abordar temas de intereacutes general y actual de la Sociedad Cientiacutefica Internacional

Consejo Editorial

NUNtildeEZ - SELLES Alberto Julio PhD

Instituto Central de Anaacutelisis de Alimentos Utrecht

NAVARRO - FROacuteMETA Amado Enrique PhD

Instituto de Petroacuteleo y Quiacutemica Azerbaijaacuten

CORNEJO - BRAVO Joseacute Manuel PhD

University of California

CRUZ - REYES Juan PhD

Instituto de Cataacutelisis y Petroleoquiacutemica

STILIANOVA - STOYTCHEVA Margarita PhD

Universidad de Tecnologiacutea Quiacutemica y Metalurgia de Sofia

JIMEacuteNEZ - MOLEOacuteN Mariacutea Del Carmen PhD

Universidad Autoacutenoma del Estado de Meacutexico

COacuteRDOVA - GUERRERO Ivaacuten PhD

Universidad de la Laguna

ESCAMILLA - GARCIacuteA Erandi PhD

Universiteacute de Bourgogne

CHEW - HERNAacuteNDEZ Mario Luis PhD

University of Nottingham

CARVAJAL - MILLAN Elizabeth PhD

Eacutecole Nationale Supeacuterieure Agronomique de Montpellier

Comiteacute Arbitral

PALOS - PIZARRO Isidro PhD

Centro de Investigacioacuten en Quiacutemica Aplicada

VALDEacuteS - ORDONtildeEZ Alejandro PhD

Centro de Investigacioacuten y de Estudios Avanzados

HERRERA - PEacuteREZ Gabriel PhD

Universidad Autoacutenoma del Estado de Morelos

RIOS - DONATO Nely PhD

Universidad de Guanajuato

SALAZAR - HERNAacuteNDEZ Ma Mercedes PhD

Universidad de Guanajuato

GARCIacuteA - ORTEGA Heacutector PhD

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

LOacutePEZ - URETA Luz Cecilia PhD

Universidad de Guadalajara

CERTUCHA - BARRAGAacuteN Mariacutea Teresa PhD

Universidad Autoacutenoma de Baja California

DEL VALLE - GRANADOS Joseacute Mario PhD

Centro de Investigacioacuten Cientiacutefica y Educacioacuten Superior de Ensenada

RAMIacuteREZ - JIMEacuteNEZ Sandra Ignacia PhD

Universidad Autoacutenoma del Estado de Morelos

GAMBOA - HERNAacuteNDEZ Adriana PhD

Instituto Tecnoloacutegico de Saltillo

GARCIA - BETANCOURT Maria Luisa PhD

Universidad Autoacutenoma del Estado de Morelos

Cesioacuten de Derechos

El enviacuteo de un Artiacuteculo a Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica emana el compromiso del autor de no

someterlo de manera simultaacutenea a la consideracioacuten de otras publicaciones seriadas para ello deberaacute

complementar el Formato de Originalidad para su Artiacuteculo

Los autores firman el Formato de Autorizacioacuten para que su Artiacuteculo se difunda por los medios que

ECORFAN-Meacutexico SC en su Holding Bolivia considere pertinentes para divulgacioacuten y difusioacuten de su

Artiacuteculo cediendo sus Derechos de Obra

Declaracioacuten de Autoriacutea

Indicar el Nombre de 1 Autor y 3 Coautores como maacuteximo en la participacioacuten del Articulo y sentildealar en

extenso la Afiliacioacuten Institucional indicando la Dependencia

Identificar el Nombre de 1 Autor y 3 Coautores como maacuteximo con el Nuacutemero de CVU Becario-PNPC

o SNI-CONACYT- Indicando el Nivel de Investigador y su Perfil de Google Scholar para verificar su

nivel de Citacioacuten e iacutendice H

Identificar el Nombre de 1 Autor y 3 Coautores como maacuteximo en los Perfiles de Ciencia y Tecnologiacutea

ampliamente aceptados por la Comunidad Cientiacutefica Internacional ORC ID - Researcher ID Thomson -

arXiv Author ID - PubMed Author ID - Open ID respectivamente

Indicar el contacto para correspondencia al Autor (Correo y Teleacutefono) e indicar al Investigador que

contribuye como primer Autor del Artiacuteculo

Deteccioacuten de Plagio

Todos los Artiacuteculos seraacuten testeados por el software de plagio PLAGSCAN si se detecta un nivel de plagio

Positivo no se mandara a arbitraje y se rescindiraacute de la recepcioacuten del Articulo notificando a los Autores

responsables reivindicando que el plagio acadeacutemico estaacute tipificado como delito en el Coacutedigo Penal

Proceso de Arbitraje

Todos los Artiacuteculos se evaluaraacuten por pares acadeacutemicos por el meacutetodo de Doble Ciego el arbitraje

Aprobatorio es un requisito para que el Consejo Editorial tome una decisioacuten final que seraacute inapelable en

todos los casos MARVIDreg es una Marca de derivada de ECORFANreg especializada en proveer a los

expertos evaluadores todos ellos con grado de Doctorado y distincioacuten de Investigadores Internacionales

en los respectivos Consejos de Ciencia y Tecnologiacutea el homologo de CONACYT para los capiacutetulos de

America-Europa-Asia-Africa y Oceania La identificacioacuten de la autoriacutea deberaacute aparecer uacutenicamente en

una primera paacutegina eliminable con el objeto de asegurar que el proceso de Arbitraje sea anoacutenimo y cubra

las siguientes etapas Identificacioacuten del Research Journal con su tasa de ocupamiento autoral -

Identificacioacuten del Autores y Coautores- Deteccioacuten de Plagio PLAGSCAN - Revisioacuten de Formatos de

Autorizacioacuten y Originalidad-Asignacioacuten al Consejo Editorial- Asignacioacuten del par de Aacuterbitros Expertos-

Notificacioacuten de Dictamen-Declaratoria de Observaciones al Autor-Cotejo de Artiacuteculo Modificado para

Edicioacuten-Publicacioacuten

Instrucciones para Publicacioacuten Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten

Aacuterea del Conocimiento

Los trabajos deberaacuten ser ineacuteditos y referirse a temas de Quiacutemica analiacutetica quiacutemica farmaceacuteutica quiacutemica

fiacutesica quiacutemica inorgaacutenica quiacutemica macromolecular quiacutemica nuclear fiacutesica de fluidos fiacutesica

estadiacutestica fiacutesica molecular fiacutesica teoacuterica y a otros temas vinculados a las Biologiacutea y Quiacutemica

Presentacioacuten del Contenido

Como pimer artiacuteculo presentamos Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de

residuos de planta de jitomate por CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan

Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML con adscripcioacuten en la

Universidad de Guanajuato como segundo artiacuteculo presentamos Estudio de la evolucioacuten de C N Chl

en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico por GUZMAacuteN-

PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y

MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea con adscripcioacuten en el Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

como tercer artiacuteculo presentamos Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire por SORIA-MEJIacuteA Sandra

Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

con adscripcioacuten en el Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo como cuarto artiacuteculo presentamos

Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos

DFT por VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-

CASTRO Sofiacutea con adscripcioacuten en el Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero y el

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca como quinto artiacuteculo presentamos Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en

proceso de beneficio por ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y

GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar con adscripcioacuten en la Universidad Tecnoloacutegica de Parral

como sexto artiacuteculo presentamos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de

queso tipo panela descremado por AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y

ROMO Carlos como uacuteltimo artiacuteculo presentamos Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos

de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en

la alimentacioacuten de ovinos por DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa

GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique con adscripcioacuten en la Universidad de

Guadalajara

Contenido

Artiacuteculo Paacutegina

Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomate

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto

SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato

1-12

Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico

GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE

Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

13-21

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-

MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo

22-30

Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFT VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-

CASTRO Sofiacutea

Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca

31-38

Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-

DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

39-43

Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremado

AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

44-51

Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y

Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten

de ovinos

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA

Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Universidad de Guadalajara

52-61

1

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 1-12

Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomate

Hydrogen production from anaerobic digestion of tomatorsquos plant waste

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Saraidagger MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES

Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato Carretera Irapuato-Silao Km 9 CP 36500 Irapuato Gto Meacutexico

ID 1er Autor Sarai Camarena-Martiacutenez ORC ID 0000-0002-0681-6364 CVU CONACYT ID 495584

ID 1er Coautor Juan Humberto Martiacutenez-Martiacutenez ORC ID 0000-0002-6325-3553 CVU CONACYT ID 335602

ID 2do Coautor Adriana Saldantildea-Robles ORC ID 0000-0001-8871-1621 CVU CONACYT ID 224323

ID 3er Coautor Graciela ML Ruiz-Aguilar ORC ID 0000-0001-9460-1429 CVU CONACYT ID 122467

DOI 1035429JCPE2019196112 Recibido 20 de Abril 2019 Aceptado 30 Junio 2019

Resumen

Entre las alternativas de obtencioacuten de energiacutea limpia que

se estaacuten desarrollando se reconoce el hidroacutegeno (H2)

como un portador de energiacutea prometedor al poseer un alto

rendimiento energeacutetico (122 kJg) y se obtiene a partir de

residuos lignoceluloacutesicos mediante un proceso bioloacutegico

En el estado de Guanajuato se generan altas cantidades de

residuos de planta derivados del cultivo de jitomate al ser

el cultivo que mayormente se produce mediante

agricultura protegida en el estado Por lo que el objetivo

del presente estudio fue el aprovechar residuos de planta

de jitomate para la generacioacuten de hidroacutegeno a traveacutes del

proceso de digestioacuten anaerobia Se evaluaron dos fuentes

de inoacuteculo microflora nativa de la planta de jitomate y

lodo anaerobio pretratado a 100degC por 24 h y cuatro

medios minerales a un pH inicial de 65 plusmn 02 en

experimentos en lote El rendimiento maacutes alto fue de 374

mLH2 g SV usando microflora nativa y medio mineral

con extracto de levadura Se logroacute una produccioacuten de

hidroacutegeno similar a lo reportado en la literatura para otros

residuos destacando en nuestro caso el ser innecesario el

pretratamiento del sustrato o del inoacuteculo Por lo que la

metodologiacutea propuesta resulta eficiente para la produccioacuten

de hidroacutegeno a partir de la planta de jitomate

Hidroacutegeno Digestioacuten anaerobia Planta de jitomate

Abstract

Hydrogen (H2) is recognized as a promising energy carrier

among the alternatives for obtaining clean energy since it

has a high energy efficiency (122 kJ g) and can be

obtained from lignocellulosic waste through a biological

process In the state of Guanajuato high amounts of plant

waste derived from tomato cultivation are generated

because this is the crop mostly produced through protected

agriculture So the objective of the present study was to

consider tomato plant residues for the generation of

hydrogen through the anaerobic digestion process Two

sources of inoculum native microflora of the tomato plant

and anaerobic sludge pretreated at 100 deg C for 24 h and

four mineral media at an initial pH of 65 plusmn 02 in batch

experiments were evaluated The highest yield was 374

mLH2 g SV using native microflora and mineral media

with yeast extract Hydrogen production was found like

those reported in the literature for other type of waste

highlighting the no-need to pretreat the substrate or

inoculum Therefore the methodology propose is efficient

to the hydrogen production from tomato plant residues

Hydrogen Anaerobic digestion Tomato

Citacioacuten CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y

RUIZ-AGUILAR Graciela ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 1-12

Correspondencia del Autor (Correo electroacutenico gracielarugtomx)

dagger Investigador contribuyendo como primer Autor

ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 1-12

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela

ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El hidroacutegeno posee un alto contenido de energiacutea

por unidad de peso (122 MJ Kg) y su

combustioacuten no genera emisiones de CO2 lo cual

lo hace una alternativa de produccioacuten de energiacutea

amigable con el medio ambiente (Jain et al

2010) Sin embargo alrededor del 90 del

hidroacutegeno producido se obtiene mediante

procesos electroquiacutemicos y termoquiacutemicos que

requieren altos consumos de energiacutea y de

combustibles foacutesiles (Kapdan y Kargi 2006

Balat y Kirtay 2010) Por ello en los uacuteltimos

antildeos las investigaciones se han enfocado en la

obtencioacuten de hidroacutegeno mediante procesos

bioloacutegicos como la biofotoacutelisis la

fotofermentacioacuten y la fermentacioacuten oscura ya

que se pueden llevar a cabo en condiciones

ambientales y requieren mucho menos consumo

de energiacutea (Guo et al 2010)

La fermentacioacuten oscura es

particularmente atractiva porque no necesita

energiacutea lumiacutenica no tiene problemas de

inhibicioacuten por la presencia de oxiacutegeno requiere

pequentildeos voluacutemenes de reactor y se puede llevar

a cabo con un bajo costo de capital en

comparacioacuten con los procesos de biofotolis y

fotofermentacioacuten (Levin et al 2004 Nath y

Das 2004 Pandey et al 2013)Otra ventaja

muy importante del proceso de fermentacioacuten

oscura es que se pueden aprovechar residuos

agriacutecolas como materia prima para la produccioacuten

de hidroacutegeno

Los residuos agriacutecolas son una fuente

prometedora debido a su abundancia

distribucioacuten en todo el mundo y a su bajo costo

(Guo et al 2010) La utilizacioacuten de bagazo de

cantildea de azuacutecar paja de trigo planta de sorgo

paja de maiacutez entre otros se ha estudiado en los

uacuteltimos antildeos (Li y Chen 2007 Ivanova et al

2009 Fangkum y Reungsang 2011 Peacuterez et al

2015)

Existen otros cultivos que poseen un alto

impacto econoacutemico y en la generacioacuten de

residuos como es el cultivo de jitomate Meacutexico

es el principal proveedor a nivel mundial de

jitomate con una participacioacuten en el mercado

internacional de 251 del valor de las

exportaciones mundiales (SAGARPA 2017)

No obstante desde su cultivo hasta su

procesamiento se generan desechos que carecen

de valor comercial y no tienen una adecuada

disposicioacuten

Hasta el momento la informacioacuten

disponible sobre la produccioacuten de hidroacutegeno a

partir de residuos de planta de jitomate se

encuentra muy limitada y aun no se ha evaluado

la variacioacuten de distintos factores que afectan el

rendimiento de H2 a partir de este sustrato como

el tipo de inoacuteculo y la composicioacuten del medio

Estos son paraacutemetros importantes que afectan la

evolucioacuten de las viacuteas fermentativas (Wang y

Wan 2009 De Gioannis et al 2013) Bajo este

panorama se estudiaron dos fuentes de inoacuteculo

microflora nativa de la planta de jitomate y lodo

anaerobio pretratado a 100 degC por 24 h y cuatro

medios minerales en experimentos en lote para

conocer su efecto en la produccioacuten de hidroacutegeno

Metodologiacutea a desarrollar

La metodologiacutea que se siguioacute se resume en la

Figura 1 Se llevoacute a cabo la recoleccioacuten y

molienda del sustrato y para la evaluacioacuten de la

produccioacuten de hidroacutegeno se consideraron dos

variables el tipo de inoacuteculo y el tipo de medio

mineral El biogaacutes producido se cuantificoacute

mediante cromatografiacutea de gases

Figura 1 Metodologiacutea general para la produccioacuten de H2 a

partir de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Recoleccioacuten de la parte aeacuterea de

la planta de jitomate

Molienda

(Tamiz 20)

Produccioacuten de H2

Evaluacioacuten del tipo

de medio mineral

Evaluacioacuten del tipo

de inoacuteculo

A B C D Lodo

anaerobio

(LA)

Microflora nativa de

la planta de jitomate

(Nat)

Medicioacuten de la cantidad y composicioacuten

del biogaacutes por cromatografiacutea de gases

3

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 1-12

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CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela

ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Sustratos e inoacuteculo

El sustrato consistioacute en la parte aeacuterea de la planta

y fue recolectado al termino del ciclo de vida en

las instalaciones de la Expo agroalimentaria

ubicados en la ciudad de Irapuato Gto La

variedad de planta de jitomate fue Saladette

Las plantas se secaron bajo sol durante

15 diacuteas hasta llegar a una humedad entre 6 y

10 La planta seca se molioacute en un molino

agriacutecola de martillos y se dejoacute almacenada a

temperatura ambiente hasta su uso

Posteriormente para los anaacutelisis de

caracterizacioacuten y de produccioacuten de biogaacutes se

utilizoacute un molino marca SURTEK y un tamiz

para conseguir un tamantildeo de partiacutecula de

aproximadamente 085 mm

El inoacuteculo empleado consistioacute en lodo

anaerobio que fue recolectado de un biodigestor

tipo bolsa de geomembra de 1000 L el cual se

alimenta con estieacutercol vacuno y es operado a

temperatura ambiente El biodigestor se

encuentra ubicado en las instalaciones de la

Divisioacuten Ciencias de la Vida El inoacuteculo

recolectado se desgasificoacute a temperatura

ambiente (197 plusmn 70 degC) por un periodo de 10

diacuteas Posteriormente este lodo se pretrato a 100

degC por un periodo de 24 h para emplearlo como

inoacuteculo LA en los experimentos de produccioacuten

de hidroacutegeno

Meacutetodos analiacuteticos

Para la caracterizacioacuten del sustrato se

realizaron los siguientes anaacutelisis soacutelidos totales

y soacutelidos volaacutetiles carbono orgaacutenico

carbohidratos estructurales (celulosa

hemicelulosa y lignina) nitroacutegeno total

Kjeldahl demanda quiacutemica de oxiacutegeno y pH

Ademaacutes se determinoacute el contenido de ST y SV

del inoacuteculo

El contenido de carbono orgaacutenico se

realizoacute por el meacutetodo de ignicioacuten de acuerdo con

Dean 1974 la determinacioacuten de carbohidratos

estructurales se hizo mediante la metodologiacutea de

van Soest et al 1973 y el pH por medio del

meacutetodo reportado por Kang et al 2014 El

contenido de nitroacutegeno total Kjeldahl DQO

mediante el meacutetodo de reflujo cerrado y

contenido de soacutelidos totales y soacutelidos volaacutetiles se

realizoacute seguacuten los meacutetodos estaacutendares (APHA

2005)

Produccioacuten de H2

Se evaluaron dos fuentes de inoacuteculo microflora

nativa de la planta de jitomate (Inoacuteculo Nat) y

lodo anaerobio pretratado a 100 degC por 24 h

(Inoacuteculo LA) y cuatro medios minerales (A B

C y D) cuya composicioacuten se indica en la Tabla

1 El medio mineral D corresponde al medio

mineral reportado por Lara et al 2014 y los

medios minerales A B y C presentan una

modificacioacuten con respecto al medio mineral D

ya sea en la cantidad antildeadida de fosfatos yo en

la adicioacuten de extracto de levadura

El medio mineral usualmente posee

capacidad tampoacuten (Angelidaki et al 2004

Angelidaki et al 2009) y esta puede estar dada

por el buffer de fosfatos el cual es el maacutes

empleado en los experimentos de produccioacuten de

H2 por digestioacuten anaerobia (Lin y Lay 2004 Lin

et al 2011) Con la finalidad de aminorar costos

y evitar una saturacioacuten de fosfatos en el medio

(Cubillos et al 2010 Zhao et al 2010 Liu et

al 2015 Xu et al 2016) se optoacute por utilizar la

propuesta de Lara et al 2014 (0075M medio

mineral D) y otras dos concentraciones 002M

(medio mineral B y C) y 01M (medio mineral

A)

Por otro lado se recomienda la adicioacuten

de vitaminas al medio mineral especialmente

cuando se manejan residuos agriacutecolas para evitar

inhibicioacuten por sustrato de la digestioacuten

(Angelidaki et al 2004 Lindorfer et al 2007

Angelidaki et al 2009)

El extracto de levadura posee vitaminas

del complejo B y ademaacutes constituye una fuente

de nitroacutegeno por lo que es muy usado en los

medios minerales en conjunto con otras fuentes

de nitroacutegeno (Fan et al 2006 Ivanova et al

2009 Li y Chen 2007 Li et al 2012)

4

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 1-12

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela

ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Medio

mineral Composicioacuten de medio mineral por litro

A

KH2PO4 46 g K2HPO4 100 g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

B

KH2PO4 20 g K2HPO4 092 g Extracto de

levadura 15 gL MgCl2middot6H2O 01g CaCl2

002 g MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O

0025g CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O

0125mg

C

KH2PO4 20 g K2HPO4 092 g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

D

KH2PO4 48g K2HPO4 698g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

Tabla 1 Tipos de medio mineral evaluados para la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de residuos de planta de

jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Los experimentos se llevaron a cabo en un

reacutegimen en lote a un pH inicial de 65 plusmn 02 Se

adiciono 159 plusmn 002 g de planta de jitomate seca

y molida por cada 100 mL de mezcla

(equivalente a 106 g SV sustratoL) El volumen de

trabajo fue de 80 mL manejando y un ldquoespacio

de cabezardquo de 40 mL Los reactores se incubaron

a 37degC durante un periodo de 15 diacuteas en

condiciones estaacuteticas Para los tratamientos en

los que se empleoacute Inoacuteculo LA se antildeadioacute la

cantidad 124 plusmn 002 g de inoacuteculo pretratatado y

molido por cada 100 mL de mezcla (equivalente

a 625 g SV inoacuteculoL) Cada tratamiento se realizoacute

por duplicado

El control negativo consistioacute en inoacuteculo

LA pretratado a 100 degC por 24 h sin antildeadir

sustrato y se agregoacute el medio mineral Lara et al

2014 para completar a un volumen de 80 mL

El anaacutelisis de cromatografiacutea de gases para

la deteccioacuten de H2 O2 N2 y CH4 se realizoacute

tomando 30 μL del gas presente en el ldquoespacio

de cabezardquo de cada botella Este se analizoacute en un

cromatoacutegrafo PerkinElmer reg modelo Clarus

580 con una columna capilar Elite CG GS-

MOSIEVE 52 (30m x 053 mm x 50 μm) y un

detector tipo TCD Las temperaturas del

inyector horno y detector fueron 150 50 y 200

degC respectivamente Se utilizoacute argoacuten como fase

moacutevil a una presioacuten de 14 psi

Para analizar las diferencias significativas

entre cada uno de los tratamientos se manejoacute un

disentildeo factorial 2x4 y el meacutetodo de Tukey con

un valor alfa de 5 mediante el software de

Statgraphics Centurion XVI

Resultados

Caracterizacioacuten fisicoquiacutemica

Los resultados de la caracterizacioacuten

fisicoquiacutemica de la parte aacuterea de la planta de

jitomate se muestran en la Tabla 3 En cuanto a

la determinacioacuten del contenido de ST y SV del

lodo anaerobio fresco sin pretratar se obtuvo

1350 plusmn 074 en base huacutemeda y 5068 plusmn 370

en base seca respectivamente Posteriormente

este lodo se pretratoacute a 100 degC por un periodo de

24 h para emplearlo como inoacuteculo LA en los

tratamientos T1 T3 T5 y T7 (Tabla 2)

Rendimiento de H2 y contenido de H2 en el

biogas

Solo en tres tratamientos se detectoacute produccioacuten

de H2 en el biogaacutes (T4 T7 y T8) En el

tratamiento T4 se obtuvo el mayor rendimiento

de 374 mL H2 g SV (Tabla 4)

La produccioacuten de H2 en el tratamiento T4

se detectoacute a partir de la medicioacuten realizada a las

63 horas Para los tratamientos T7 y T8 se

detectoacute hasta la medicioacuten realizada a las 135

horas Esto indica que los microorganismos

tardan maacutes tiempo en adaptarse en las

condiciones manejadas en los tratamientos T7 y

T8 comparado con las establecidas en T4 En el

caso de los tratamientos T4 y T7 no se observa

produccioacuten de hidroacutegeno a las 327 h en cambio

en el tratamiento T8 la produccioacuten continua

incluso despueacutes de haber transcurridos 15 diacuteas

(Grafico 1)

En el tratamiento T4 durante las

primeras 135 horas de incubacioacuten se obtuvo una

concentracioacuten de hidroacutegeno arriba del 60 y a

partir de la medicioacuten realizada a las 183 h se

observoacute una disminucioacuten significativa de la

concentracioacuten Para el tratamiento T7 el pico

maacutes alto de concentracioacuten se detectoacute a las 135 h

y a partir de la siguiente medicioacuten se observoacute una

disminucioacuten gradual de la concentracioacuten de

hidroacutegeno (Grafico 2)

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Clave Medio mineral Inoacuteculo

T1 A LA

T2 A Nat

T3 B LA

T4 B Nat

T5 C LA

T6 C Nat

T7 D LA

Tabla 2 Tratamientos para evaluar la produccioacuten de H2 en

experimentos en lote a partir de residuos de planta de

jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Paraacutemetros Planta de jitomate

CN 1986 plusmn 067

ST ()1 9074 plusmn 014

SV ()2 7359 plusmn 014

Celulosa ()2 2857 plusmn 140

Hemicelulosa ()2 842 plusmn 108

Lignina ()2 749 plusmn 113

Azuacutecares reductores2 170 plusmn 018

DQO ( mg g SV) 78796 plusmn 2697

pH 660 plusmn 006 1 Porcentaje base huacutemeda 2 Porcentaje base seca

Tabla 3 Caracterizacioacuten fisicoquiacutemica de la planta

recolectada de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Clave Medio

mineral Inoacuteculo

Rendimiento

Biogaacutes (mL g

SV)

Rendimiento

H2 (mL g

SV)

T1 A LA 255 plusmn 42 00

T2 A Nat 336 plusmn 11 00

T3 B LA 749 plusmn15 00

T4 B Nat 578 plusmn 48 374 plusmn 48

T5 C LA 276 plusmn 30 00

T6 C Nat 60 plusmn 04 00

T7 D LA 286 plusmn 27 50 plusmn 20

T8 D Nat 252 plusmn 71 93 plusmn 75

Tabla 4 Rendimientos de produccioacuten de biogaacutes e

hidroacutegeno obtenido en cada tratamiento para la produccioacuten

de H2 en experimentos en lote a partir de residuos de planta

de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

En el caso del tratamiento T8 el

contenido de H2 fue incrementando

gradualmente durante el periodo de 15 diacuteas El

contenido de hidroacutegeno en el biogaacutes total

producido fue del 65 18 y 37 en los

tratamientos T4 T7 y T8 respectivamente De

manera que en el tratamiento T4 se obtuvo la

maacutes alta concentracioacuten de hidroacutegeno en el biogaacutes

pero la produccioacuten maacutes duradera se observoacute en

el tratamiento T8 (Grafico 2) Alemahdi et al

2015 evaluaron la produccioacuten de H2 usando

como sustrato paja de arroz en codigestioacuten con

lodos activados de aguas residuales

Ellos obtuvieron una concentracioacuten de

hidroacutegeno en el biogaacutes de 695 el cual es un

valor cercano a lo obtenido en el tratamiento T4

Dhanasekar et al 2018 reportaron un contenido

de H2 en el biogaacutes del 18 a partir de tallo de

sorgo y usando la cepa Bacillus subtilis

AUChE413 para llevar a cabo la fermentacioacuten

Este porcentaje es igual al obtenido en el

tratamiento T7 de nuestro estudio Otros autores

mencionan rangos de concentracioacuten de H2 entre

el 44 y 57 a partir de residuos de tallo de maiacutez

(Zhang et al 2007 Fan et al 2008) Por lo cual

nuestros resultados obtenidos son similares a lo

reportado en la literatura y en base a esto el

porcentaje de H2 en el biogaacutes obtenido en el

tratamiento T4 puede ser considerado de una alta

concentracioacuten

Efecto del tipo de inoacuteculo sobre la produccioacuten

de hidroacutegeno

El tipo de inoacuteculo tuvo efecto significativo sobre

la produccioacuten de hidroacutegeno (P lt 005) siendo el

inoacuteculo Nat el que mostroacute un mayor rendimiento

(ver Anexo Tabla 1 y Tabla 2)

Estos resultados difieren con lo reportado

por Peacuterez 2015 los cuales evaluaron cuatro

consorcios microbianos como inoacuteculo para la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de paja de trigo

Los consorcios se obtuvieron a partir de

muestras de suelo de jardiacuten rumen de vaca lodo

anaerobio y la microflora nativa de la paja de

trigo Se reportoacute que el maacutes alto rendimiento se

obtuvo de los reactores inoculados con lodo

anaerobio seguido de la flora nativa de la paja de

trigo No obstante en este estudio el lodo

anaerobio no recibioacute ninguacuten tipo de

pretratamiento

El menor rendimiento de produccioacuten de

H2 a partir de lodos anaerobios (Inoculo LA)

comparado con el obtenido a partir de la

microflora nativa de la planta de jitomate

(Inoacuteculo Nat) pudo ser causado por el

pretratamiento teacutermico aplicado al Inoacuteculo LA

que provoco una disminucioacuten en la diversidad

microbiana

6

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Grafico 1 Cineacuteticas de produccioacuten de hidroacutegeno

acumulado en los tratamientos T4 T7 y T8 durante 15 diacuteas

de incubacioacuten

Fuente Elaboracioacuten Propia

Grafico 2 Contenido de hidroacutegeno () en los tratamientos

T4 T7 y T8 durante 15 diacuteas de incubacioacuten

Fuente Elaboracioacuten Propia

En la literatura se mencionan diferentes

condiciones de pretratamiento teacutermico con la

finalidad de eliminar cepas consumidoras de

hidroacutegeno las cuales no forman endoesporas y

por ello no logran sobrevivir a altas temperaturas

por tiempos prolongados (Fang et al 2002 Liu

et al 2002 Duangmanee et al 2007 Kanso et

al 2011)

Sin embargo estos tratamientos teacutermicos

pueden llegar a ser poco tolerantes para la mayor

parte de los microorganismos presentes en los

lodos anaerobios lo que trae como consecuencia

una disminucioacuten alta de la diversidad microbiana

(Navarro et al 2016) Esto implica que las viacuteas

metaboacutelicas disponibles son menos diversas lo

que dificulta la degradacioacuten del sustrato (Tracy

et al 2014 Vanwonterghem et al 2014a)

Asimismo un consorcio productor de hidroacutegeno

con menos especies podriacutea disminuir la

estabilidad ante perturbaciones o invasiones

ambientales (Shade et al 2012

Vanwonterghem et al 2014b)

La aplicacioacuten de pretratamiento teacutermicos

a maacutes bajas temperaturas (80-90 degC) puede ser

recomendable para incrementar la concentracioacuten

de cepas productoras de hidroacutegeno sin alterar

significativamente las interacciones sintroacuteficas

entre cada grupo microbiano que conforma el

inoacuteculo

Efecto de la composicioacuten del medio mineral

sobre la produccioacuten de hidroacutegeno

De acuerdo con el ANOVA realizado la

composicioacuten del medio mineral tuvo un efecto

significativo en el rendimiento de H2 (P lt 005)

(ver Anexo Tabla 6 y Tabla 8)

No se detectoacute produccioacuten de hidroacutegeno al

emplear el medio mineral A Esto pudo deberse

a la alta concentracioacuten de fosfatos que afecto la

actividad metaboacutelica de la microflora del

Inoacuteculo LA y del inoacuteculo Nat ya que este medio

se preparoacute con la mayor concentracioacuten de

fosfatos (01 M) El fosfato es un nutriente

inorgaacutenico importante para el crecimiento

microbiano Las principales funciones del

fosforo es la generacioacuten de energiacutea en forma de

trifosfato de adenosina (ATP) y la regulacioacuten de

la capacidad amortiguadora del sistema celular

(Lin y Lay 2004)

Un aumento en la concentracioacuten de

fosfato resulta en un aumento de la capacidad de

las bacterias para producir hidroacutegeno Sin

embargo concentraciones demasiado altas de

fosfato podriacutean causar inhibicioacuten por el aumento

de la produccioacuten de aacutecidos grasos volaacutetiles lo

cual no es deseable ya que esto desviacutea los

reductores celulares de la produccioacuten de

hidroacutegeno (Lay et al 2005 Bisaillon et al

2006 Chandrasekhar et al 2015) No obstante

en la medicioacuten de pH despueacutes de 15 diacuteas de

incubacioacuten no se detectoacute una disminucioacuten

significativa del mismo para estos tratamientos

Seguacuten algunos protocolos establecidos

para llevar a cabo pruebas de digestioacuten anaerobia

a escala laboratorio se recomienda antildeadir una

mezcla de vitaminas del complejo B (biotina

aacutecido foacutelico riboflavina aacutecido pantotenico

entre otros) en la preparacioacuten del medio mineral

para evitar la inhibicioacuten del crecimiento de los

microrganismos por la ausencia de estos

nutrientes en sustratos no convencionales

(Madigan et al 2000 Angelidaki et al 2004

Angelidaki et al 2009)

00

100

200

300

400

0 100 200 300 400

Ren

dim

iento

de

H2

(mL

H2

g S

V s

ust

rato

)

Tiempo (h)

T4

T7

T8

0

01

02

03

04

05

06

07

0 100 200 300 400

Co

nte

nid

o d

e H

2(

)

Tiempo (h)

T4

T7

T8

7

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El extracto de levadura es un extracto

soluble en agua formado por el autolisado de

ceacutelulas de levaduras y es un producto rico en

vitaminas especialmente del complejo B

aminoaacutecidos y otros factores de crecimiento En

el tratamiento T4 se empleoacute inoacuteculo Nat en

medio mineral B el cual contiene extracto de

levadura (15 gL) y se observoacute una produccioacuten

de hidroacutegeno maacutes temprana con respecto al

tratamiento T8 en el cual se usoacute inoacuteculo Nat en

medio mineral D que no contiene extracto de

levadura Esto indica que en nuestros

experimentos el extracto de levadura juega un

papel importante en la adaptacioacuten del inoacuteculo

Nat a las condiciones establecidas

Por otro lado el extracto de levadura

constituye una fuente orgaacutenica de nitroacutegeno al

igual que la peptona Li y Chen 2007 evaluaron

la produccioacuten de biohidroacutegeno a partir de paja de

maiacutez mediante Clostridium butytiricum AS1209

usando tres diferentes fuentes de nitroacutegeno

NH4HCO3 urea y extracto de levadura en el

medio mineral En su estudio los rendimientos

de hidroacutegeno al usar fuentes de nitroacutegeno

orgaacutenico (urea y extracto de levadura) fueron

mucho maacutes altos que al emplear una fuente de

nitroacutegeno inorgaacutenico (NH4HCO3) Esto tambieacuten

fue reportado por Ueno et al 2001 y Ferchichi

et al 2005

Kalil et al 2009 reportaron que la

adicioacuten de fuentes de nitroacutegeno orgaacutenicas mejora

el crecimiento celular con respecto a fuentes de

nitroacutegeno inorgaacutenico usando Clostridium

acetobutylicum como inoacuteculo y Zhang et al

2014 mencionan que el incremento gradual de

extracto de levadura disminuye el tiempo de la

fase de latencia empleando lodo activado como

inoacuteculo

Por lo que la adicioacuten de extracto de

levadura promueve una mejor adaptacioacuten de los

microorganismos para consumir el sustrato lo

que conlleva a una mayor produccioacuten de

hidroacutegeno o la obtencioacuten de biogaacutes con una

mayor concentracioacuten de hidroacutegeno (Kalil et

al2009 Alvarado-Cuevas et al 2013 Zhang et

al 2014)

Sustra

to

Pretratamie

nto de

sustrato

Inoacuteculo Pretratamie

nto de

inoacuteculo

Rendimie

nto

(mL H2 g

SV)

Referenc

ia

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Lodo

anaerobio

Sin

pretratamien

to

106 mL Peacuterez et

al 2015

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Microflora

nativa

Sin

pretratamien

to

70

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Composta

de estieacutercol

vacuno

Teacutermico 10 Fan et

al 2006

Paja de

trigo

HCl +

Calentamiento de

microondas

Composta

de estieacutercol vacuno

Teacutermico 680

Paja de

trigo

Enzimaacutetico

epa

Trichoderm

a

Lodo

anaerobio

Teacutermico

90degC 10

min

155 Queacutemeacutene

ur et al

2012

Pasto Ensilado

fermentacioacute

n con aacutecido

laacutectico pH lt40

Microflora

nativa

Ensilado 378plusmn58m

L H2 g

ensilado

Li et al

2012

Ensilad

o de

pasto

Quiacutemico

4 NaOH

24 h 20degC

Lodo

anaerobio

Teacutermico

hervido 30

min

65 Pakarine

n et al

2009

Paja de

maiacutez

Sin

pretratamien

to

C

butyricum

AS1209

Sin

pretratamien

to

90 Li y

Chen

2007

Paja de

maiacutez

15 MPa 10

min

C

butyricum

AS1209

Sin

pretratamien

to

680

Planta

de

sorgo

130degC 30

min

C

saccharolyti

cus (DSM8903)

Sin

pretratamien

to

324 Ivanova

et al

2009

Planta

de

jitomat

e

Sin

pretratamien

to

Microflora

nativa

Sin

pretratamien

to

374 (T4) y

93 (T8)

Este

estudio

Planta

de

jitomat

e

Sin

pretratamien

to

Lodo

anaerobio

Teacutermico

100degC 24 h 50 (T7)

Tabla 5 Rendimiento de produccioacuten de hidroacutegeno a partir

de residuos lignocelulosicos

Fuente Elaboracioacuten Propia

En nuestro estudio se obtuvo un mayor

rendimiento al emplear inoacuteculo Nat en medio

mineral B suplementado con extracto de

levadura (T4) que al usar medio mineral C (T6)

o medio mineral D (T8) tratamientos en los

cuales se adicionoacute una fuente de nitroacutegeno

inorgaacutenica (NH4Cl)

No obstante el inoacuteculo LA mostroacute un

comportamiento diferente con respecto al

inoacuteculo Nat ya que eacuteste no tuvo una mejora en

la produccioacuten de hidroacutegeno al adicionar extracto

de levadura El uacutenico medio mineral con el cual

se obtuvo produccioacuten de hidroacutegeno a partir de

este consorcio bacteriano fue el medio mineral

D

8

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Comparacioacuten de rendimientos de produccioacuten

de hidroacutegeno con respecto a otros estudios

El rendimiento obtenido en los tratamientos T4

T7 y T8 fue similar con respecto a lo reportado

por otros autores los cuales indican un

rendimiento de 10 a 680 mLg SV a partir de

residuos lignoceluloacutesicos como paja de maiacutez

paja de trigo planta de sorgo y ensilado de pasto

(Li y Chen 2007 Ivanova et al 2009 Pakarinen

et al 2009 Li et al 2012 Queacutemeacuteneur et al

2012 Peacuterez et al 2015) Con respecto al estudio

realizado por Peacuterez et al 2015 en el que se usoacute

como inoacuteculo microflora nativa procedente del

sustrato nuestro rendimiento obtenido en el

tratamiento T4 fue superior

En cambio en los estudios en los que se

llevoacute a cabo un pretratamiento teacutermico o

quiacutemico del sustrato con o sin pretratamiento del

inoacuteculo (Fan et al 2006 Li y Chen 2007) el

rendimiento que se obtuvo en nuestro estudio a

partir de planta de jitomate es inferior Para los

estudios en los cuales se llevoacute a cabo un

pretratamiento bioloacutegico del sustrato ya sea

ensilado o enzimaacutetico (Li et al 2012

Queacutemeacuteneur et al 2012) el rendimiento

conseguido en dichas investigaciones fue similar

al nuestro (Tabla 4 y 5)

Es importante resaltar que el maacutes alto

rendimiento obtenido en nuestro estudio (374

mL H2g SV) se dio en el tratamiento en que se

empleoacute microflora nativa (T4) es decir no fue

necesario antildeadir un inoacuteculo externo Ademaacutes no

se llevoacute a cabo ninguacuten tipo de pretratamiento

teacutermico bioloacutegico o quiacutemico del sustrato

Fuente Suma de

Cuadrados Gl

Cuadrado

Medio

Razoacuten-

F

Valor-

P

Efectos Principales

AInoacuteculo 464403 1 464403 4464 00002

BMedio Mineral 956527 3 318842 3065 00001

Interacciones

Ab 992527 3 330842 3180 00001

Residuos 8322 8 104025

Total (Corregido) 249668 15

Tabla 6 Anaacutelisis de Varianza para evaluar el efecto del

tipo de ldquoInoacuteculordquo y ldquoMedio mineralrdquo para la produccioacuten

de H2 (mL H2 g SV) a partir de la digestioacuten anaerobia de

residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Anexos

Meacutetodo 950 porcentaje Tukey HSD

Inoacuteculo Casos Media

LS

Sigma

LS

Grupos

Homogeacuteneos

LA 8 12 114031 X

Nat 8 11975 114031 X

Contraste Sig Diferencia +- Liacutemites

LA - Nat -10775 371878

indica una diferencia significativa

Tabla 7 Pruebas de Muacuteltiple Rangos para la Produccioacuten

de H2 (mL H2g SV) por factor ldquoInoacuteculordquo a partir de la

digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Meacutetodo 950 porcentaje Tukey HSD

Medio

mineral

Casos Media

LS

Sigma

LS

Grupos

Homogeacuteneos

C 4 0 161265 X

A 4 0 161265 X

D 4 745 161265 X

B 4 189 161265 X

Contraste Sig Diferencia +- Liacutemites

A - B -189 730076

A - C 0 730076

A - D -745 730076

B - C 189 730076

B - D 1145 730076

C - D -745 730076

indica una diferencia significativa

Tabla 8 Pruebas de Muacuteltiple Rangos para la Produccioacuten

de H2 (mL H2g SV) por factor ldquoMedio mineralrdquo a partir

de la digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Agradecimiento

SCM agradece al Consejo Nacional de Ciencia y

Tecnologiacutea (CONACYT) por su apoyo a traveacutes

de la beca no 442714 para realizar sus estudios

de doctorado

Conclusiones

El tipo de inoacuteculo y la composicioacuten del medio

mineral tuvieron efecto significativo sobre la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de la

fermentacioacuten anaerobia de residuos de planta

jitomate El inoacuteculo procedente de la microflora

nativa de la planta de jitomate (Inoacuteculo Nat)

presenta un mejor comportamiento en la

produccioacuten de H2 con respecto al inoacuteculo

presente en el lodo anaerobio pretratado (Inoacuteculo

LA)

9

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de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

La adicioacuten de extracto de levadura

mejoroacute la adaptacioacuten de los microorganismos

que conforman el Inoacuteculo Nat lo cual se vio

reflejado en una mayor produccioacuten a un menor

tiempo de incubacioacuten Por otro lado a una

concentracioacuten de buffer fosfatos de 0075 M se

observoacute produccioacuten de hidroacutegeno pero al

incrementar el valor a 01 M se presentoacute una

inhibicioacuten de la produccioacuten Por tanto el maacutes

alto rendimiento obtenido fue de 374 mL H2g

SV al emplear Inoacuteculo Nat y medio mineral con

extracto de levadura a una concentracioacuten de

buffer fosfatos de 002 M (Medio mineral B)

Para posteriores trabajos se recomienda realizar

un proceso de optimizacioacuten de la concentracioacuten

de extracto de levadura y del buffer fosfatos en

la produccioacuten de hidroacutegeno empleando

microflora nativa de la planta de jitomate En

nuestro estudio no se llevoacute a cabo ninguacuten

pretratamiento teacutermico bioloacutegico o quiacutemico al

sustrato para lograr rendimientos similares o

superiores a lo reportado en la literatura para

otros tipos de residuos lignoceluloacutesicos

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Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la

irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico

Study of the evolution of C N Chl in green microalgae considering solar irradiation

through a dynamic model

GUZMAacuteN-PALOMINO Abrahamdagger AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro

Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero Tecnoloacutegico Nacional de Meacutexico

ID 1er Autor Abraham Guzmaacuten-Palomino ORC ID 0000-0001-6333-978X CVU CONACYT ID 415369

ID 1er Coautor Luciano Aguilera-Vaacutezquez ORC ID 0000-0001-8095-6528 CVU CONACYT ID 123018

ID 2do Coautor Pedro Martin Garciacutea-Vite ORC ID 0000-0002-4185-5879 CVU CONACYT ID 227310

ID 3er Coautor Ana Mariacutea Mendoza-Martiacutenez ORC ID 0000-0003-2592-9230 CVU CONACYT ID 8374

DOI 1035429JCPE20191961321 Recibido 11 de Abril 2019 Aceptado 30 de Junio 2019

Resumen

Aumentar el aprovechamiento de la irradiacioacuten solar por el

metabolismo fotosinteacutetico de microalgas verdes es necesario

para explotar su potencial como fuente de liacutepidos

carbohidratos pigmentos o compuestos aromaacuteticos como

fuente de biocombustibles o productos de intereacutes Las

microalgas expuestas a la luz solar se adaptan sintetizando

una mayor cantidad de pigmento para disipar la energiacutea

lumiacutenica incidente a su vez la sobresaturacioacuten de los

fotosistemas celulares pero reducen la eficiencia del uso de

la luz La fotoaclimatacioacuten se describe por el contenido en

masa de clorofila en relacioacuten al contenido de carbono en la

biomasa (g Chlg C) En un fotobiorreactor al aire libre la

irradiancia depende de la geografiacutea la eacutepoca del antildeo y de las

condiciones atmosfeacutericas En la presente propuesta se

establece el estudio de la generacioacuten de biomasa de

microalgas como una funcioacuten dinaacutemica de la irradiancia y los

nutrientes a partir de estequiometriacutea variable representada

como CNChl y la asimilacioacuten primaria de los nutrientes

como nitrato (N) y amonio (A) en GC Los resultados de

investigacioacuten muestran una evolucioacuten de GC NC ChlC y

la biomasa como C (carbono) en diferentes escenarios de

parametrizacioacuten mostrando resultados consistentes

Microalgas Biomasa Modelado

Abstract

Increasing the use of solar irradiation by the photosynthetic

metabolism of green microalgae is necessary to exploit its

potential as a source of lipids carbohydrates pigments or

aromatic compounds as a source of biofuels or products of

interest Microalgae exposed to sunlight are able to adapt by

synthesizing a greater amount of pigment to dissipate the

incident light energy controlling the supersaturation of

cellular photosystems but reducing the efficiency of the use

of light The photoacclimation is described by the content of

chlorophyll mass in relation to the carbon content in the

biomass (g Chl g C) In an outdoor photobioreactor

irradiance depends upon geographical location time of year

and atmospheric conditions In the present proposal the

generation of biomass is established as a dynamic function of

the nutrients represented as C NChl and the primary

assimilation of nutrients as Nitrate (N) and Ammonium (A)

The results of this research show an evolution of G C N C

Chl C and biomass as C (carbon) in different scenarios of

parameterization showing consistent results

Microalgae Biomass Modelling

Citacioacuten GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y

MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 13-21

Correspondencia del Autor (Correo electroacutenico lucianoaguileraitcmedumx)

dagger Investigador contribuyendo como primer autor

ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

14

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GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano

GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

Actualmente existe una preocupacioacuten derivada

del raacutepido crecimiento de la poblacioacuten mundial

y a que los avances en la tecnologiacutea han

incrementado la demanda energeacutetica la cual se

proyecta a incrementar en un 50 o maacutes para el

antildeo 2030 (Enamala et al 2018 Raheem

Prinsen Vuppaladadiyam Zhao amp Luque

2018 Shuba amp Kifle 2018)

Las reservas de petroacuteleo no pueden

compensar la tasa de consumo actual ya que es

105 veces maacutes raacutepida de lo que la naturaleza

puede proveer Adicionalmente el uso de los

combustibles foacutesiles produce emisiones de gases

de efecto invernadero y la subsecuente

acumulacioacuten de CO2 en la atmosfera lo que

produce el calentamiento global Encontrar

nuevas fuentes energeacuteticas que sean tecnoloacutegica

y econoacutemicamente viables es sumamente

importante hoy en diacutea (Enamala et al 2018

Finkel et al 2010 Raslavičius Striūgas amp

Felneris 2018 Shuba amp Kifle 2018)

Una alternativa es el uso de organismos

fotosinteacuteticos capaces de aprovechar la luz solar

para producir compuestos orgaacutenicos Entre

estos destacan las microalgas que se han

estudiado como fuente de biomasa viable para

producir biocombustibles alimentos

medicamentos entre otros productos de intereacutes

comercial (Garciacutea Vizcaiacuteno 2018 Gupta Lee

amp Choi 2015 Kenny amp Flynn 2014 2017)

Ademaacutes a traveacutes de la fotosiacutentesis las

microalgas reducen las emisiones de dioacutexido de

carbono en la atmosfera (Rizwan Mujtaba

Memon Lee amp Rashid 2018)

La luz es el factor maacutes importante

afectando la cineacutetica de la fotosiacutentesis algal En

general la mayoriacutea de los sistemas de cultivo en

masa de las microalgas estaacuten limitados por la luz

porque esta es faacutecilmente absorbida y dispersada

por las ceacutelulas de las algas (Jeon Cho amp Yun

2005 Lehmuskero Chauton amp Bostroumlm 2018

Url amp Geider 2012)

Sin embargo comprender el

comportamiento metaboacutelico de las microalgas

para producir biomasa es principalmente

importante Es por ello por lo que a continuacioacuten

se describe maacutes acerca de dicho tema La

composicioacuten quiacutemica de las ceacutelulas de las algas

variacutea con la disponibilidad de nutrientes

(Davidson 1996)

Se ha simulado el metabolismo de

diferentes tipos de fitoplancton para relacionar la

asimilacioacuten de nutrientes con la composicioacuten

quiacutemica celular Es importante utilizar modelos

realistas que reflejen el estatus de los nutrientes

apropiadamente (K Flynn amp Butler 2007

Kevin J Flynn 2001a 2001b Kevin J Flynn

2013 Lopez Ponte 2019) Este tipo de modelos

desarrollados para muacuteltiples grupos de

fitoplancton tiene utilidad potencial en su

aplicacioacuten para dilucidar informacioacuten propia del

metabolismo intracelular que tiene lugar en los

diferentes sistemas de produccioacuten de biomasa

derivada de microalgas (Kevin J Flynn 2001a)

Tradicionalmente los modelos

matemaacuteticos para el crecimiento de algas

emplean las ecuaciones de Monod o los modelos

de cocientes de Caperon y Droop (Caperon

1967) En tales modelos la mayoriacutea de los

detalles bioloacutegicos son combinados en

ecuaciones singulares Aunque tienen la ventaja

de la simplicidad pero la desventaja de que no

pueden manipular interacciones multinutritivas

por lo que pueden llegar a tener poca

aproximacioacuten a la realidad Una estrategia

alternativa es formular modelos con

componentes mecanicistas que imiten mucho

maacutes de cerca las interacciones fisioloacutegicas de las

algas(Kevin J Flynn 2001a Garciacutea-Camacho

Saacutenchez-Miroacuten Molina-Grima Camacho-

Rubio amp Merchuck 2012)

El modelo que se seleccione debe reflejar

el del sistema objetivo en una amplia gama de

factores externos y por lo tanto ser de uso maacutes

general Previamente se han descrito modelos

mecanicistas individuales para varios aspectos

de fisiologiacutea de nutrientes en el fitoplancton

como aquellos que describen la interaccioacuten el

amonio y nitrato seguidos por descripciones de

la aclimatacioacuten a la luz y liberacioacuten de nitritos y

nutricioacuten de fosfato Los modelos mecanicistas

anteriormente mencionados pueden ser

modificados para contemplar casos que

correspondan a especies y condiciones de luz

particulares Los requerimientos de un escenario

en particular dictan el nivel de detalle necesario

en el modelo de microalgas a establecer Las

caracteriacutesticas comunes incluyen el uso

generalizado de los procesos de

retroalimentacioacuten que emplean funciones

hiperboacutelicas y sigmoidales rectangulares

normalizadas a los tamantildeos maacuteximos de las

reservas de nutrientes que regulan el transporte

de los nutrientes intracelulares (K J Flynn 1997

Kevin J Flynn 2013)

15

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Junio 2019 Vol6 No19 13-21

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GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano

GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

El objetivo de este trabajo es estudiar la

evolucioacuten dinaacutemica de los cocientes de

Glutamina- Carbono (GC) Nitroacutegeno-Carbono

(NC) Clorofila-Carbono (ChlC) y el

crecimiento de biomasa (C) en microalgas

verdes a traveacutes de un modelo mecanicista que

responda a cambios de la irradiancia (DFF) y

disponibilidad de nutrientes como Amonio (A) y

Nitroacutegeno (N) utilizando herramientas de

modelado matemaacutetico para simular fenoacutemenos

como la fotoaclimatacioacuten e interacciones

multinutriente en dichos organismos El presente

modelo contiene paraacutemetros que pueden

estimarse a partir de experimentos o anaacutelisis de

datos existentes que pueden utilizarse para

reproducir escenarios particulares de simulacioacuten

que precisen significativamente el

comportamiento de algas especiacuteficos

El esquema del modelo dado en la Figura

1 contiene cuatro variables de estado

describiendo la biomasa (C) los cocientes-C de

glutamina (GC) nitroacutegeno (NC) y clorofila

(ChlC) Debido a que todos los cocientes de

nutrientes variacutean no solo con la entrada y salida

de nutriente si no tambieacuten con los cambios en la

cantidad de C (debido a la respiracioacuten y la

fotosiacutentesis) todas las ecuaciones diferenciales

para los cocientes de nutriente en relacioacuten al C

incluyen el termino de velocidad especifica de

crecimiento de Carbono Cmicro (Kevin J Flynn

2001a) Por lo tanto para los nutrientes como X

con cocientes XC (donde XC es la proporcioacuten de

masa XC) se tiene que

d

dt∙ XC =

1

119862∙

d

dt∙ X minus Cmicro

119883

119862 (1)

Figura 1 Esquema de la estructura del modelo dinaacutemico

que muestra los principales flujos dentro y fuera de las

variables de estado (flechas soacutelidas y Tabla s) de los

paraacutemetros externos (nutrientes e irradiancia DFF) Las

variables de estado y los paraacutemetros externos se explican

en las Tablas 5 y 6 respectivamente

Fuente Elaboracioacuten propia basada en (Kevin J Flynn

2001a)

Metodologiacutea

La metodologiacutea empleada para desarrollar el

presente trabajo se describe a continuacioacuten El

presente modelo ha sido desarrollado a partir de

la combinacioacuten de componentes simplificados

de modelos dinaacutemicos mecanicistas previamente

propuestos para simular el crecimiento de

fitoplancton como funciones de amonio nitrato

luz fierro silicio fosforo y temperatura Como

siguiente paso los componentes se modificaron

para personalizar la estructura omitiendo

secciones que no aplican para el objetivo de

estudio En el presente modelo no se consideran

organismos de tipo diatomeas por lo que todas

las ecuaciones referentes a el silicio del modelo

original se removieron esto debido a que las

diatomeas contienen siacutelice en su pared celular y

las microalgas verdes no

Asiacute mismo tambieacuten se omitieron aquellas

ecuaciones que hacen referencia al tamantildeo

ceacutelulas debido a que solo se llevaran a cabo

simulaciones de la biomasa C sin dicho efecto

Para estaacute primera etapa de construccioacuten del

modelo no es necesario incluir una entrada de

Fierro (Fe) por lo que tambieacuten se omitioacute dentro

del modelo Asiacute mismo las reservas orgaacutenicas e

inorgaacutenicas de fosforo no fueron consideradas

De las simplificaciones anteriores se

seleccionaron los paraacutemetros auxiliares y

constantes referentes a la descripcioacuten de la

dinaacutemica de GC NC ChlC y la produccioacuten de

biomasa C en el tiempo que podriacutea ser utilizado

en microalgas verdes

Una vez realizada la simplificacioacuten de

variables se codificoacute el modelo en GNUreg

Octave versioacuten 441 La resolucioacuten numeacuterica

del modelo se realizoacute con funcioacuten la LSODE

(Livermore Solver for ODEs) la cual resuelve

expliacutecitamente sistemas stiff y no stiff

empleando la matriz Jacobiana (Gallagher amp

Smith 2018 Hindmarsh 1982) Para la

representacioacuten graacutefica de dichas soluciones se

utilizoacute Pythonreg 371 Posteriormente se fijaron

distintos escenarios de simulacioacuten para observar

el comportamiento del modelo las cuales se

discuten en el apartado de resultados La

descripcioacuten de las ecuaciones utilizadas se

muestra a continuacioacuten La descripcioacuten de los

paraacutemetros y sus valores se puede revisar en la

seccioacuten de anexos en las tablas 5 6 7 y 8

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GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

El valor maacuteximo del transporte de

amonio varia con el estatus del N en las ceacutelulas

y estaacute representado por Atq Las pruebas

condicionales booleanas (dentro de en las

ecuaciones) toman el valor de 1 si es verdadero

y 0 si es falso Ver tablas 56 y 7

Atq = 1

NCgt A4 ∙ Um ∙ A1 (1 minus e

A2∙(1

NCminusA4)

) ∙

eA3∙(

1

NCminusA4)

(2)

El transporte del amonio (At) estaacute

limitado por Atq que a su vez es una funcioacuten

hiperboacutelica de la disponibilidad del amonio

externo y se representa por la concentracioacuten

intracelular de un producto temprano de la

asimilacioacuten inorgaacutenica de nitroacutegeno (GC)

usando una funcioacuten sigmoidal Para ello se

utilizoacute la ecuacioacuten (3) Ver tablas 5 6 7 y 8

At = (AmG minus GC) gt 0 ∙ Atq ∙A

A+Akt∙

(1minusGC

AmG)4

(1minusGC

AmG)4+AhG

(3)

Para representar el valor maacuteximo de

transporte del nitrato se utilizoacute la ecuacioacuten (4)

Ver tablas 56 y 7

Ntq = 1

NCgt A4 ∙ Um ∙ N1 (1 minus

eN2∙(1

NCminusN4)) ∙ eN3∙(

1

NCminusN4)

(4)

Las interacciones de corto plazo entre el

amonio y el nitrato estaacuten controladas por el valor

de GC GC se sintetiza usando las entradas de N

de las fuentes inorgaacutenicas de N Dichas

interacciones se plantean en la ecuacioacuten (5) Ver

tablas 5 67 y 8

Nt = (

GC lt NmG1 ∙ Ntq ∙

N

N+Nkt∙

(1minusGC

NmG1)

4

(1minusGC

NmG1)

4+NhG

) +

(

GC lt NmG2 ∙ 10 ∙ Ntq ∙

N

N+200+Nkt∙

(1minusGC

NmG2)

4

(1minusGC

NmG2)

4+NhG

) (5)

El Nitroacutegeno proveniente de amonio yo

nitrato llevan a cambios en la concentracioacuten de

glutamina GC que a su vez proporciona una

regulacioacuten de retroalimentacioacuten del transporte

Para esta descripcioacuten se utilizoacute la ecuacioacuten (6)

Ver tablas 5 6 y 7

d

dt∙ GC = At + Nt minus 2 ∙ Um ∙ NCm ∙ NCu ∙ (2 minus

NCminus1198731198620

NCmminus1198731198620) ∙

(1+119860119860119898119866)∙GC

119866119862+119860119860119898119866∙ CAAs minus GC ∙

Cmicro (6)

El nitroacutegeno proporcionado por GC es

utilizado para sintetizar todos los componentes

nitrogenados NC La velocidad de siacutentesis de

NC es una funcioacuten hiperboacutelica de GC y estaacute en

funcioacuten del estatus de nitroacutegeno actual

representado por NCmicro La ecuacioacuten 7 se utilizoacute

para representar la velocidad de siacutentesis de NC

Ver tablas 6 7 y 8

d

dt∙ NC = Um ∙ NCm ∙ NCmicro ∙ (2 minus

NCminusNC0

NCmminusNC0) ∙

(1+AAmG)∙GC

GC+AAmG∙ CAAs minus NC ∙ Cmicro (7)

Para describir la velocidad relativa de

crecimiento NCmicro se utilizoacute la ecuacioacuten (8)

Ver tablas 5 6 y 7

NCmicro = NCm gt NC ∙(NCminusNC0)

(NCminusNC0)+NCk∙

(NCminusNC0)+NCk

(NCmminusNC0)+ NC ge

NC0 (8)

La fotoaclimatacioacuten se describe por la

proporcioacuten algal de clorofila con respecto a C-

biomasa (ChlC) Para representar los cambios

en el contenido de la clorofila representada como

se utilizoacute la ecuacioacuten (9) La siacutentesis de ChlC

estaacute en funcioacuten del estatus de N (ecuacioacuten 8) La

siacutentesis de ChlC es una funcioacuten hiperboacutelica

limitada por el maacuteximo valor (ChlCm) posible

de ChlC Ver tablas 5 6 y 7

d

dt∙ ChlC = ChlCm ∙ NCmicro ∙ M ∙ Um ∙ CAAs ∙

(1 minusPS

Pqm) ∙

(1minusChlC

ChlCm)

(1minusChlC

ChlCm)+005

minus ChlC ∙ (Cmicro +

(1 minus NCmicro )) ∙ Um (9)

Para representar la maacutexima velocidad de

fotosiacutentesis Pqm se utilizoacute la ecuacioacuten (10) la

cual estaacute en funcioacuten de NC descrita por NCmicro Ver tablas 6 7 y 8

Pqm = (Um + rbasal + Ncm ∙ Um ∙ (redco +

15)) ∙ NCmicro (10)

Para representar la respiracioacuten basal se

utilizoacute la ecuacioacuten (11) La funcioacuten con NC

asegura que las ceacutelulas cesan su respiracioacuten a

altos valores NC Ver tablas 5 6 y 7

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rbasal = Um ∙ 005 ∙101(

NCmminusNC

NCmminusNC0)

(NCmminusNC

NCmminusNC0)+001

(11)

Para representar la disponibilidad de

Carbono CAAs que controla la siacutentesis de ChlC

en la oscuridad Se utilizoacute la ecuacioacuten (12) Ver

tablas 5 6 y 7

CAAs = (PS

Pqm+ Crva) lt 1 ∙ (

PS

Pqm+

Crva) + (PS

Pqm+ Crva) ge 1 (12)

Para representar la reserva de C

disponible para los procesos metaboacutelicos en la

oscuridad o a muy bajas cantidades de luz

cuando la fotosiacutentesis es inadecuada se utilizoacute la

ecuacioacuten (13) Ver tablas 5 6 y 7

Crva =(1minus

NC

Cres1)

4

(1minusNC

Cres1)

4+Cres2

(13)

Para describir la disponibilidad de C para

la siacutentesis de aminoaacutecidos y siacutentesis de clorofila

y la regulacioacuten de la reduccioacuten de nitrato a

amonio se utilizoacute la ecuacioacuten (14) Ver tablas 5

6 y 7

Nred = (PS

Pqm+ 006 ∙ Crva) lt 1 ∙

(PS

Pqm+ 006 ∙ Crva) + (

PS

Pqm+ 006 ∙

Crva) ge 1 (14)

Para describir la fotosiacutentesis con los

valores actuales de ChlC Pqm y irradiancia

(DFF) se utilizoacute la ecuacioacuten (15) Ver tablas 5

6 y 7

PS = Pqm ∙ TanH (α ∙ DFF ∙ChlC

Pqm ) (15)

La velocidad especifica de crecimiento

de C-biomasa representa el balance entre la

fotosiacutentesis y la respiracioacuten y para ello se utilizoacute

la ecuacioacuten (16) Ver tablas 5 6 y 7

Cmicro = PS minus (redco ∙ Nt + (At + Nt) ∙ 15 +rbasal) (16)

El incremento de C-biomasa esta dado

por la ecuacioacuten (17) Ver tablas 5 y 6 d

dt∙ C = C ∙ Cmicro (17)

Resultados

Los resultados de esta simulacioacuten muestran una

evolucioacuten de ChlC NC GC y C por 24 horas

en 3 escenarios de simulacioacuten distintos ver

Tabal 1 Los valores de los vectores numeacutericos

obtenidos en la simulacioacuten se pueden observar

en las tablas 2 3 y 4 respectivamente

En el Grafico 1 se puede observar los

resultados de la evolucioacuten de las variables

dinaacutemicas de ChlC NC GC y C por 24 horas

bajo condiciones saturadas de nutrientes N y A

y de irradiancia En el Grafico 2 se puede

observar los resultados de la evolucioacuten de las

variables dinaacutemicas de ChlC NC GC y C por

24 horas bajo condiciones saturadas de

nutrientes N y A y deficientes de irradiancia En

el Grafico 3 se puede observar los resultados de

la evolucioacuten de las variables dinaacutemicas de ChlC

NC GC y C por 24 horas bajo condiciones

saturadas de irradiancia pero limitadas de

nutrientes N y A

Discusioacuten de los resultados

En el grafico 1 se observa que debido a que el

nitroacutegeno como amonio (A) yo nitroacutegeno (N) de

la glutamina es la fuente para la siacutentesis de todos

los otros componentes nitrogenados en la ceacutelula

su valor decae a medida que se forman los

compuestos nitrogenados y por lo tanto se refleja

un aumento desde 007 gNgC hasta 01565206

gNgC en el valor de NC en un periodo de 24

horas Tambieacuten se observa que la velocidad de

siacutentesis de NC es una funcioacuten hiperboacutelica de

GC en funcioacuten del estado actual de NC en cada

unidad de tiempo regulado por NCu Asiacute mismo

se puede notar el decremento en el valor de la

clorofila a medida que la biomasa (C) se genera

En el graacutefico 2 se puede observar que el

valor de ChlC en ausencia de irradiancia

permanece esto puede ser debido a que no es

utilizada para la produccioacuten de biomasa El

decaimiento en la evolucioacuten dinaacutemica de la

biomasa puede deberse a la ausencia de

irradiancia para realizar los procesos

fotosinteacuteticos Asiacute mismo se observa un

decaimiento brusco de GC entre la primera y

octava hora pero despueacutes tiende a estabilizarse

por el control de retroalimentacioacuten En el graacutefico

3 se observa que el incremento de NC en el

tiempo es menor cuando las ceacutelulas son

expuestas a concentraciones bajas de nutrientes

a pesar de ello se presenta un leve incremento en

el valor de la biomasa hasta 00085307 gChlgC

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Por otra parte las interacciones de corto

plazo entre la asimilacioacuten de N y A estaacuten

controladas por el valor de GC GC se sintetiza

asiacute misma usando las entradas de las fuentes de

N provenientes del control de

retroalimentacioacuten

Escenario Paraacutemetros externos

N A DFF

1 10 10 1000

2 10 10 0

3 1 1 1000

Tabla 1 Valores de los paraacutemetros externos A N y DFF

colocados en cada escenario de simulacioacuten Ver tabla 8

Variables Valor inicial Valor final Grafico

GC 0005 00017483 gN119892minus1C

NC 007 01565206 gN119892minus1C

ChlC 009 00106285 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 00645372 microgC119897minus1C

Tabla 2 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 1 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Variables Valor inicial Valor final Unidad

GC 0005 00073072 gN119892minus1C

NC 007 01765232 gN119892minus1C

ChlC 009 00906502 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 00085307 microgC119897minus1C

Tabla 3 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 2 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Variables Valor inicial Valor final Unidad

GC 0005 000022903 gN119892minus1C

NC 007 007867897 gN119892minus1C

ChlC 009 001097006 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 001984692 microgC119897minus1C

Tabla 4 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 3 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Graacutefico 1 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 1

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Graacutefico 2 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 2

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Graacutefico 3 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 3

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Conclusiones

Se encontroacute que el modelo mecanicista

propuesto puede ser capaz de simular la

evolucioacuten dinaacutemica de los cocientes de

Glutamina- Carbono (GC) Nitroacutegeno-Carbono

(NC) Clorofila-Carbono (ChlC) y el

crecimiento de biomasa (C) en microalgas

verdes El modelo responde a cambios de la

irradiancia (DFF) y disponibilidad de nutrientes

como Amonio (A) y Nitroacutegeno (N) con las

herramientas de modelado matemaacutetico utilizadas

y muestra coherencia con planteamientos

teoacutericos revisados en la literatura (K Flynn amp

Butler 2007 Kevin J Flynn 2001a 2001b

Kevin J Flynn 2013)

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Prospectivas

En trabajos futuros se puede acoplar la

asimilacioacuten y transporte de fosforo (PC) entre

otros paraacutemetros externos Asiacute mismo tambieacuten

se pueden realizar trabajos de parametrizacioacuten

de las constantes candidatas mostradas en la

Tabla 7 para especies de microalgas particulares

que conlleven a disentildeos experimentales que

permitan obtener modelos particulares e

incrementar la informacioacuten de condiciones

oacuteptimas de obtencioacuten de biomasa derivada de

sistemas de cultivo de algas para la extraccioacuten de

diversos metabolitos de intereacutes en nuestra

regioacuten

Anexos

Ec Variable

de estado

Descripcioacuten Valor

Inicial

Unidad

6 GC GlutaminaCar

bono

ltAmG gN119892minus1C

7 NC NitroacutegenoCar

bono

ltNCm

NCo gN119892minus1C

9 ChlC ClorofilaCarb

ono

ltChlCm gChl119892minus1C

17 C Biomasa A criterio microgC119897minus1C

Tabla 5 Variables de estado y valores iniciales Fuente

(Kevin J Flynn 2001a)

Auxiliar Descripcioacuten Unidad

At Velocidad de transporte del

amonio gN119892minus1C119889minus1

Atq Transporte maacuteximo posible de

amonio a un dado NC gN119892minus1C119889minus1

rbasal Respiracioacuten basal gC119892minus1119862119889minus1

CAAs Disponibilidad de (C) para la

asimilacioacuten de (N) en

oscuridad

Ad

Crva Reservar disponible de (C) 0

si es miacutenimo 1 si es maacuteximo Ad

Cmicro Velocidad especifica de

crecimiento del cociente (C) gC119892minus1119862119889minus1

NCu NC normalizado 0 si es

miacutenimo y 1 si es maacuteximo Ad

Nred Disponibilidad normalizada

de (C) para la reduccioacuten de

nitrato en oscuridad 0 si es

miacutenimo y 1 si es maacuteximo

Ad

Nt Velocidad de transporte del

nitrato gN119892minus1119862119889minus1

Ntq Velocidad maacutexima de

transporte de nitrato a NC

actual

gN119892minus1119862119889minus1

PS Velocidad de fotosiacutentesis gC119892minus1119862119889minus1

Tabla 6 Variables auxiliares Ad adimensional

Fuente (Kevin J Flynn 2001a)

Constante Definicioacuten valor Unidad

A1 Constante que relaciona

NC y At

-0705 gN119892minus1C

A2 Constante que relaciona NC y At

0982 Ad

A3 Constante que relaciona

NC y At

-1061 Ad

A4 Constante que relaciona

NC y At el miacutenimo

CN para el transporte

de amonio

534 gC119892minus1119873

AAmG Constante de saturacioacuten

media para la siacutentesis de

AAs de la glutamina

0001 gN119892minus1C

AhG Constante para la

supresioacuten del transporte

de amonio por GC

01 Ad

Akt Constante de saturacioacuten media para el transporte

de amonio

14 microgN119897minus1

α 8times 10minus6

(119898minus2119892minus1119862ℎ119897 119886)(119892119862119898119900119897minus1119891119900119905oacute119899)

AmG Tamantildeo de la piscina de

glutamina que para el

transporte de amonio

001 gN119892minus1C

ChlCm Contenido maacuteximo de

ChlC

009

Cres1 Constante para

computar reserva de C valor de NC cuando

Crva es 0

02 gN119892minus1C

Cres2 Constante para

computar reserva de C

001 Ad

M

Escalar para optimizar

fotoaclimatacioacuten

2 Ad

N1

Constante que relaciona

NC y Nt

-02907 gN119892minus1C

N2

Constante que relaciona

NC y Nt

17644 Ad

N3

Constante que relaciona

NC y Nt

-19282 Ad

N4

Constante que relaciona

NC y Nt

547 gC119892minus1119873

NCk Constante para el

control de N del C-

crecimiento especifico

1 gN119892minus1C

NCm

Maacuteximo NC bajo crecimiento balanceado

015 gN119892minus1C

NhG Constate para la supresioacuten del transporte

de N por la glutamina

005 Ad

Nkt Constate de saturacioacuten

media para el

transportador de nitrato

1 valor para el

transportador 2 es 200

veces este valor

14 microgN119897minus1C

NmG1 Tamantildeo de la piscina de

glutamina que detiene el transporte de nitrato a

traveacutes del transportador

1

0003 gN119892minus1C

NmG2 Tamantildeo de la piscina de

glutamina que detiene el

transporte de nitrato a

traveacutes del transportador

2

0006 gN119892minus1C

redco

Respiracioacuten de Carbono

de apoyo para la reduccioacuten de nitrato a

amonio

171 gC119892minus1119873

Um

Maacutexima velocidad de

crecimiento

1 gC119892minus1119862119889minus1

Tabla 7 Constantes aquellas marcadas son candidatas

para parametrizacioacuten Ad adimensional

Fuente (Kevin J Flynn 2001a)

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Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad

A Amonio microgN119897minus1

N Nitrato microgN119897minus1

DFF Densidad de flujo de

fotones micromol119898minus2119889minus1

Tabla 8 Paraacutemetros externos Fuente (Kevin J Flynn

2001a)

Agradecimiento

Se agradece al Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

por todos los apoyos y servicios prestados por

mis profesores para la realizacioacuten de este trabajo

Asiacute mismo a CONACYT por la beca otorgada

durante mis estudios de doctorado

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22

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 22-30

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Design and construction of a Compound Parabolic Concentrator (CPC) Solar

collector for air heating testing

SORIA-MEJIacuteA Sandra Palomadagger AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten

y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo-Ingenieriacutea en Energiacuteas Renovables

ID 1er Autor Sandra Paloma Soria-Mejiacutea ORC ID 0000-0002-0664-0688

ID 1er Coautor Joseacute Emmanuel Ambrosio-Juarez ORC ID 0000-0002-4741-9269 CVU CONACYT ID 563918

ID 2do Coautor Ivaacuten Toledo-Manuel ORC ID 0000-0001-9498-5506 CVU CONACYT ID 477272

ID 3er Coautor Joseacute Sabaacutes-Segura ORC ID 0000-0003-4579-0192 CVU CONACYT ID 891182

DOI 1035429JCPE20191962230 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

En este trabajo se presenta una propuesta de disentildeo y la

evaluacioacuten teoacuterica y experimental de un colector solar de

tipo concentrador paraboacutelico compuesto (CPC) con

absorbedor tubular para pruebas de calentamiento de aire

con rendimientos teacutermicos ideales para aplicaciones como

el secado y sistemas de acondicionamiento de aire El

colector consiste en cuatro concentradores formados de

laacutemina galvanizada que hacen la funcioacuten de reflejar la luz

solar hacia los tubos absorbedores con una relacioacuten de

concentracioacuten de 25 y un semiaacutengulo de aceptacioacuten de

235ordm con el objetivo de no requerir de un sistema de

seguimiento solar El absorbedor es un tubo de cobre

donde el aire circula Con esta propuesta del colector se

obtuvo una eficiencia teoacuterica de 25 lo que representa

una tercia parte de ganancia de energiacutea comparaacutendolo con

un CPC comercial Esta eficiencia se obtuvo de acuerdo a

lo materiales y dimensiones implementados El sistema es

teacutecnicamente factible de utilizarse para procesos de baja

temperatura con calidad promedio de 60 ordmC con lo que se

puede producir ahorros energeacuteticos significativos y

reduciendo la cantidad de emisiones de CO2 favoreciendo

al medio ambiente

Colector solar CCP Calentamiento de aire

Abstract

This paper presents a design proposal and the theoretical

and experimental evaluation of a solar collector of

parabolic concentrator type (CPC) with tubular absorber

for air heating tests with ideal thermal performances for

applications such as drying and conditioning systems air

The collector consists of four concentrators formed of

galvanized sheet that make the function of reflecting the

sunlight towards the absorber tubes with a concentration

ratio of 25 and an acceptance half-angle of 235ordm with the

objective of not requiring a system of solar tracking The

absorber is a copper tube where the air circulates With this

proposal from the collector a theoretical efficiency of

25 was obtained which represents a third part of energy

gain compared to a commercial CPC This efficiency was

obtained according to the materials and dimensions

implemented The system is technically feasible to be used

for low temperature processes with average quality of 60

ordmC which can produce significant energy savings and

reducing the amount of CO2 emissions favoring the

environment

Solar collector CCP Air heating

Citacioacuten SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-

SEGURA Joseacute Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas

de calentamiento de aire Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 22-30

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico josesabastecabasoloedumx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

23

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El crecimiento demograacutefico y su constante

desarrollo generan un desequilibrio ecoloacutegico en

el planeta generando fuentes de contaminacioacuten

que conllevan el deterioro de los recursos

naturales y el calentamiento global incontrolado

Meacutexico presenta una fuerte dependencia de los

combustibles foacutesiles para la generacioacuten de

energiacutea eleacutectrica presentando la tasa de

crecimiento anual de consumo de electricidad

maacutes alta entre los paiacuteses de EUA y Canadaacute con

34 por efecto de la progresiva demanda de

recursos energeacuteticos necesarios para su

expansioacuten econoacutemica (SENER 2015)

El uso de las fuentes de energiacuteas

renovables para la produccioacuten de energiacutea

eleacutectrica y calor en los distintos sectores

reduciriacutea en gran medida los problemas

econoacutemicos y medio ambientales en nuestro

paiacutes La tecnologiacutea que apunta a tener un mayor

auge es la energiacutea solar En Meacutexico se cuenta

con una excelente radiacioacuten solar disponiendo

en promedio anual de 45 a 56 kWhm2 de

radiacioacuten global media diaria (Herrera 2018)

El fin de este proyecto es utilizar la

energiacutea solar disponible mediante el disentildeo y la

fabricacioacuten de un colector solar de tipo

concentrador paraboacutelico compuesto (CPC) como

generador de aire caliente como un instrumento

de pruebas para cualquier aplicacioacuten que

requiera ser utilizado en hora solar punta a una

temperatura inferior a 60deg y que ademaacutes pueda

ser utilizado como una herramienta para el

ahorro de energiacutea Con este trabajo se quiere

fomentar una mayor investigacioacuten en el campo

de la energiacutea solar teacutermica para aplicaciones en

condiciones controladas para procesos de secado

o desinfeccioacuten a temperaturas que no superen los

70deg

Los CPC logran operar entre 30 a 200 degC

(UNAM 2018) asiacute pues en el presente trabajo

se profundiza en el disentildeo construccioacuten y

anaacutelisis del CPC como dispositivo captador de

radiacioacuten solar haciendo fluir el aire a traveacutes de

los tubos absorbedores para alguacuten proceso El

CPC se disentildea empleando materiales que

permiten la captacioacuten y absorcioacuten de la radiacioacuten

solar recibida en el lugar construyendo un

colector solar con cuatro reflectores de laacutemina de

acero galvanizada para formar los

concentradores y redirigir la radiacioacuten solar

desde la abertura hasta los receptores

Se agrega un receptor por cada

concentrador los cuales son encargados de

interceptar la energiacutea solar y transformarla en

energiacutea teacutermica empleando tubos de cobre por

ser un buen conductor teacutermico Su estructura es

realizada a base de materiales metaacutelicos para una

mejor rigidez y duracioacuten

Disentildeo del Colector Paraboacutelico Compuesto

(CPC)

El factor maacutes importante al disentildear este tipo de

colector es la relacioacuten de concentracioacuten que

para un sistema lineal viene dada por la

ecuacioacuten 1 (Duffie amp Beckman 2013)

C = Aa

Ar =

1

sin θa (1)

Para colectores CPC estacionarios el

aacutengulo de aceptacioacuten miacutenimo deberaacute ser igual a

47deg este aacutengulo seraacute capaz de cubrir la

declinacioacuten del sol desde el solsticio de verano

hasta el solsticio de invierno (2 x 235 deg) (Loacutepez

2011)

Un CPC con absorbedor tubular se disentildea

en base a la relacioacuten de concentracioacuten que se

requiere y al diaacutemetro exterior del tubo

absorbedor Para la construccioacuten de la paraacutebola

y la involuta del CPC se toma como referencia la

figura 1

Donde S es un punto geneacuterico en el

reflector el segmento RS es la tangente al tubo

absorbedor O es el centro del tubo r es el radio

del tubo AB es la parte de la involuta y BC es la

paraacutebola de la curva compuesta

Figura 1 Descripcioacuten del CPC para un receptor tubular

Fuente Blanco Gaacutelvez et al 2006

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Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

La ecuacioacuten 2 define el rango de la curva

de la involuta donde θ estaacute dado en radianes

0le θ le [(π

2 ) + θa] (2)

Las siguientes ecuaciones definen las

coordenadas x y para obtener la involuta de la

curva compuesta

x = r ( sin θ - θ cos θ) (3)

y = r (- cos θ - θ sin θ ) (4)

Para la parte de la paraacutebola en la curva

compuesta el rango para el valor del aacutengulo de

disentildeo θ va de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

[(π

2) + θa] le θ le [(

2) -θa] (5)

Donde las ecuaciones para las

coordenadas x y de la paraacutebola son

x = r [sin θ - π

2 + θa + θ - cos(θ - θa)

(1+ sin(θ - θa)) (cos θ)] (6)

y = r [- cos θ - π

2+ θa + θ - cos(θ - θa)

(1+ sin(θ - θa)) (sen θ)] (7)

Las ecuaciones anteriores son

programadas en el software Matlab para obtener

la geometriacutea del CPC teniendo como resultado

la figura 2 en donde el semiaacutengulo de aceptacioacuten

θa es igual a 235deg y el diaacutemetro del tubo

absorbedor es de 00142875 m para un iacutendice de

concentracioacuten de 25 el cual se encuentra dentro

del rango vaacutelido para este tipo de colector

Figura 2 Geometriacutea del Colector ciliacutendrico paraboacutelico

A continuacioacuten se simula el

comportamiento oacuteptico del CPC en el software

Tonatiuh en donde se realiza el trazado de rayos

desde una fuente solar supuesta hacia el CPC y

asiacute observar la reflexioacuten y recepcioacuten de los rayos

solares En la figura 3 se puede observar los

resultados obtenidos de la simulacioacuten donde se

percata que los rayos solares entran en el aacuterea de

abertura del colector luego son reflejados por la

laacutemina para despueacutes ser captados y absorbidos

por el tubo receptor

Figura 3 Comportamiento oacuteptico del CPC simulado en

Tonatiuh

Anaacutelisis Teoacuterico del Rendimiento Teacutermico del

CPC

El caacutelculo del rendimiento de los colectores de

concentracioacuten sigue los mismos lineamientos

generales que para los colectores de placa plana

(Duffie amp Beckman 2013) usando la siguiente

ecuacioacuten

η = Q

u

S ∙ Ac

(8)

Para determinar el calor uacutetil (Qu) se

implementa la ecuacioacuten 9

Qu= FR∙ Aa [S -

Ar

AaUL(Ts - Ta)] (9)

Donde la energiacutea que entra al sistema se

deriva de la radiacioacuten solar absorbida por la

tuberiacutea receptora del colector (S) la cual se

estima para cielo despejado a partir de la

siguiente ecuacioacuten condicionada por la

geometriacutea del colector

S = AC (Gb ∙ τcb∙τCPCb ∙ αb + Gd ∙ τcd ∙

τCPCd ∙ αd + Gg∙ τcg ∙ τCPCg ∙ αg) (10)

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

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Luego es necesario estimar la

contribucioacuten de la radiacioacuten directa (G subiacutendice

b por beam radiation) la radiacioacuten difusa (G

subiacutendice d por diffuse radiation) y la radiacioacuten

reflejada por el suelo (G subiacutendice g por ground-

reflected radiation) donde se consideran los

criterios de las ecuaciones 11 y 12

Gb = F ∙ Gbn ∙ cos θ (11)

Gd =

Gd

C si (β + θa) lt 90deg

Gd

2(

1

C - cos β) si (β + θa) gt 90deg

(12)

Gg= 0 si (β + θa) lt 90degGg

2(

1

C - cos β) si (β + θa) gt 90deg

(13)

De la ecuaciones 12 y 13 seguacuten la

condicioacuten β+ϴa para este caso y sabiendo que el

aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la superficie

horizontal (β) de este colector es 21ordm y el

semiaacutengulo de aceptacioacuten ϴa es igual a 235ordm se

tiene β+ϴa= 445ordm que seraacute menor que 90ordm lo

que conlleva a resolver la ecuacioacuten 12 para

radiacioacuten difusa

Gd =Gd

C (14)

En cuanto a la radiacioacuten reflejada por el

suelo para este disentildeo se despreciara por ser

praacutecticamente nula cumplieacutendose la primera

condicioacuten

Gg= 0 (15)

Con los puntos anteriores determinados

la ecuacioacuten 10 resulta de la siguiente manera

S = AC (Gb ∙ τcb ∙ τCPCb ∙ αb + Gd ∙ τcd ∙

τCPCd ∙ αd) (16)

El colector propuesto no posee cobertura

ni en la estructura ni en los absorbedores por lo

tanto

τcb = τcd = τc = 1 (17)

Para encontrar el valor de la

transmisividad efectiva del CPC (τCPC ) se toma

en cuenta la fraccioacuten de la radiacioacuten que pasa a

traveacutes de la abertura del colector que se

concentra en el receptor donde la reflectividad

especular de las paredes de los concentradores

(ρr) y del nuacutemero promedio de reflexiones (nr)

esta transmitancia se expresa como (Duffie amp

Beckman 2013)

τCPCb = τCPCd = τCPC

= ρrnr (18)

nr = 1 - 1

Cm

(19)

Se debe conocer la absortancia de la

superficie receptora de cobre (αr) para la

radiacioacuten que seraacute el mismo valor para la

radiacioacuten directa (αb) y la radiacioacuten difusa (αd)

Entonces de acuerdo con (Duffie amp Beckman

2013) la ecuacioacuten 16 se reduce a la ecuacioacuten 20

donde la radiacioacuten solar total (G) es la suma de

las radiaciones directa (Gb) y difusa (Gd)

S = Ac ∙ G (τr ∙ τCPC ∙ αr) (20)

G = Gb + Gd (21)

(Hottel 1976) ha presentado un meacutetodo

para estimar la radiacioacuten transmitida a traveacutes de

atmoacutesferas claras que toma en cuenta el aacutengulo

cenital y la altitud para una atmoacutesfera estaacutendar y

para cuatro tipos de clima (Duffie amp Beckman

2013) el cual es utilizado para hallar la radiacioacuten

directa y difusa mediante las siguientes

ecuaciones

Gb = Go ∙ τb (22)

Gd = Go∙ τ119889 (23)

Donde la irradiancia extraterrestre se

puede conocer a partir de la ecuacioacuten 24

Go = 1367 (1 + 0033 ∙ cos 360 ∙ N

365) (24)

Para determinar las transmitancias

atmosfeacutericas para la radiacioacuten directa (τb) y

difusa (τd) se emplean las ecuaciones descritas

a continuacioacuten

τb = a0 + a1 exp (minus k

cos θz

) (25)

τd = 0271 - 0294 ∙ τb (26)

Donde los valores a0 a1 y k para la

atmoacutesfera estaacutendar se calculan a partir de las

ecuaciones siguientes para altitudes inferiores a

25 km asiacute como tambieacuten se requiere conocer el

coseno del aacutengulo cenital (ϴz) que viene dado

por la ecuacioacuten 30 (Hottel 1976)

a0 = 04237 - 00082 (6 - A)2 (27)

a1 = 05055 - 000595 (65 - A)2 (28)

k = 02711 - 001858 (25 - A)2 (29) cos θz = cos Φ ∙ cos δ ∙ cos ω + sin Φ ∙ sin δ (30)

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

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En la que el aacutengulo de declinacioacuten solar

(δ) se calcula a partir de la ecuacioacuten 31 y el

aacutengulo horario (ω) de la ecuacioacuten 32 la cual

solicita el nuacutemero del tiempo solar (Tsun)

conocieacutendolo por medio de la ecuacioacuten 33 que

conlleva a pedir el nuacutemero del tiempo del reloj

actual (Tclock) y a resolver la Ecuacioacuten del

Tiempo (ET) (Duffie amp Beckman 2013)

δ = 2345 sin [360

365(284 + N)] (31)

ω = (Tsun- 12) ∙ 15 (32)

Tsun = Tclock + ET plusmn 4 (Lstd - Lloc) (33) ET = 987 sin(2B) - 753 cos B - 15 sin B (34)

B = (N - 81)360

365 (35)

Ahora bien se procede a calcular la

energiacutea que sale del sistema y esta viene dada por

las peacuterdidas teacutermicas del receptor teniendo en

cuenta la conveccioacuten y la radiacioacuten de la

superficie asiacute como tambieacuten la conduccioacuten a

traveacutes de la estructura de soporte las cuales

deben estimarse generalmente en teacuterminos del

coeficiente de peacuterdida UL que se basa en el aacuterea

del receptor y estaacute dado por

UL = Q

loss

π ∙ e ∙ L (Tr - Ta) (36)

La peacuterdida de calor del receptor (Qloss)

estaacute dada por lo siguiente

Qloss

= π De L σ (Tr

4 - Ti4)

1εr

+ 1 - εr

εr(De

Di)

(37)

Para encontrar el factor de eliminacioacuten

de calor del colector (FR) se despeja de la

ecuacioacuten 38 encontrando el factor de flujo del

colector (Frsquorsquo) de la ecuacioacuten 40 y el factor de

eficiencia (Frsquo) de la ecuacioacuten 41 (Duffie amp

Beckman 2013)

F = FR

F (38)

F= m ∙ Cp

Ar∙ UL∙ F[1 - exp (-

Ar ∙ UL ∙ F

m ∙ Cp)] (39)

F= Uo

UL (40)

Donde el flujo maacutesico m se calcula

primeramente para la ecuacioacuten 39 mediante la

densidad del fluido la velocidad promedio y el

aacuterea de la seccioacuten transversal normal a la

direccioacuten del flujo (Ar)

m = ρ ∙ V ∙ Ar (41)

El coeficiente global de transferencia de calor

basado en el diaacutemetro del tubo receptor externo

(Uo) entre el entorno y el fluido se calcula como

se muestra en la ecuacioacuten 42

Uo = (1

UL

+ De

hfi ∙ Di

+ De ∙ ln (

DeDi

frasl )

2 ∙ kr

)

-1

(42)

En el cual el coeficiente de transferencia

de calor del fluido de trabajo (hfi) se basa en el

diaacutemetro interior del tubo receptor y para

estimarlo se despeja de la siguiente ecuacioacuten

Nu = hfi ∙ Di

kaire (43)

Donde el nuacutemero de Nusselt se encuentra

tomando en cuenta las siguientes condiciones

(Duffie amp Beckman 2013)

Nu = 040 + 054 para 01 lt Re lt 1000

030 Re06 para 1000 lt Re lt 50000 (44)

En las que el nuacutemero de Reynolds estaacute dado

para una temperatura de aire de 20ordmC calculado

por medio de la ecuacioacuten 45

Re = ρ ∙ V ∙ Di

μ (45)

Las diferencias entre tener un receptor sin

cobertura y un receptor con cobertura se

encuentran en el caacutelculo de la radiacioacuten solar

total absorbida por el colector (S) y el

coeficiente global de peacuterdidas teacutermicas (UL)

Los caacutelculos realizados sirvieron para analizar

las variables involucradas en este proyecto

Descripcioacuten del sistema

El sistema de calentamiento estaacute constituido de

4 superficies paraboacutelicas reflectoras de laacutemina

de acero galvanizada de 091 m de longitud que

tienen como receptores cada una un tubo de

cobre de 1 m y una estructura de aacutengulos de

acero como soporte

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Este colector solar CPC utiliza la energiacutea

solar para calentar el aire circundante en el

interior de los tubos que despueacutes puede ser

utilizado o almacenado

El colector debe estar orientado hacia el

sur en el hemisferio norte apuntando hacia el

ecuador y ademaacutes debe estar colocado a cierta

inclinacioacuten de manera tal que pueda captar la

mayor radiacioacuten solar posible

El funcionamiento es sencillo por un

extremo de los tubos absorbedores entra el aire

con una temperatura baja el cual se va

calentando al recorrer la tuberiacutea de cobre y

luego sale por otro extremo con una temperatura

elevada Para que el aire circule no es necesario

el uso de bombas o dispositivos similares

funcionando debido al cambio de densidades que

el aire sufre al calentarse

Construccioacuten del Colector CPC

A continuacioacuten se describe el proceso de

construccioacuten del colector solar CPC Los

materiales se describen en la tabla 1

Primeramente se cortoacute la hoja de laacutemina

galvanizada quedando piezas con dimensiones

de 0375 x 091 m Para hacer la forma

paraboacutelica de los concentradores se doblan cada

hoja de laacutemina mediante una maquina dobladora

de accionamiento manual que realiza los

pliegues de forma lineal a lo largo de la laacutemina

como se ve en la figura 4

Cantidad Material Dimensiones

1 Hoja de laacutemina de acero

galvanizada

3 x 091rdquo

1 Tramo de tubo de cobre 1rdquo

4 Tramos de aacutengulo de

acero

1 x 1 x 18ldquo

6 Tees de cobre 1rdquo

2 Codos de cobre 90ordm 1rdquo

20 Remaches de aluminio

12 Tornillos de cabeza

hexagonal

frac14rdquo

12 Tuercas frac14rdquo

12 Arandelas de presioacuten

Grower

frac14rdquo

2 Pintura de color gris y

negra

Tabla 1 Materiales requeridos para la construccioacuten del

colector CPC

A continuacioacuten se realiza la unioacuten entre

dos laminas para obtener 4 elementos por lo cual

se soldaacuten en la parte donde se hicieron los

pliegues teniendo como resultado los

concentradores mostrados en la figura 5

Figura 4 Hojas de laacutemina galvanizada dobladas

Figura 5 Concentrador ensamblado

Se construyeron recuadros para cada

concentrador con los aacutengulos de acero para

soportar estas superficies reflectoras y estos

fueron montados sobre un soporte que sostiene

las superficies reflectoras creando con un

aacutengulo de acero un rectaacutengulo con dimensiones

de 133 x 098 m la cual esta inclinada a 21ordm

colocaacutendoles 2 bases y 2 de figura 6

Se cortaron 4 trozos de tubo de cobre de

1 m para formar un circuito en paralelo usando

codos de cobre fijaacutendose este conjunto despueacutes

a cada concentrador mediante un soporte hecho

mostrado en la figura 6

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Figura 1 Colector solar tipo CPC

Evaluacioacuten Experimental

Para realizar el anaacutelisis teacutermico del sistema

primeramente se realizan las mediciones de las

variables climatoloacutegicas en el lugar de pruebas a

cada hora a lo largo de 7 horas durante un mes

utilizando un termoacutemetro infrarrojo En la

siguiente tabla se muestran los valores promedio

obtenidos en la cual se puede observar que la

temperatura de salida en el colector se alcanza a

las 300 pm

Hr Rad

Solar

(Wm2)

Temp

Ambiente

(K)

Temp

Receptor

(K)

Temp

Interior

(K)

Temp

Salida

(K)

1100 64060 29475 30355 30155 30695

1200 81480 29645 31255 30515 31885

1300 80360 29715 32005 30925 32335

1400 79290 29945 32395 31005 32685

1500 53000 30005 33095 31175 33425

1600 52560 29955 31025 30605 31975

1700 10170 29355 28925 29545 29855

Tabla 2 Mediciones en el CPC

En el graacutefico 1 se puede apreciar que la

temperatura de salida del colector tiende a seguir

el comportamiento de la temperatura ambiente

aumentado considerablemente e influyendo de

forma notable en el rendimiento del sistema

Graacutefico 1 Graacutefica de las temperaturas en el CPC

Para conocer la cantidad de radiacioacuten

solar absorbida por el colector CPC se hallan los

valores necesarios para cada diacutea de pruebas

obteniendo como promedios los expresados en la

tabla 3 donde se toman en cuenta los valores

geomeacutetricos del CPC los aacutengulos del

movimiento aparente del sol y los datos

geograacuteficos del lugar donde se realizaron las

pruebas

Con los paraacutemetros de disentildeo efectuados

en el capiacutetulo 2 se presentan a continuacioacuten en

la tabla 4 las caracteriacutesticas de cada

concentrador las cuales son basadas

baacutesicamente en el diaacutemetro del receptor y el

aacutengulo de aceptacioacuten propuesto Siacutembolo Valor Unidad

Irradiancia

promedio

IT 5900 Whm2

Horas Solar Pico HSP 7 h

Radiacioacuten solar

total

G 7900119 Wm2

Radiacioacuten directa Gb 6024938 Wm2

Radiacioacuten difusa Gd 1875181 Wm2

Radiacioacuten

extraterrestre

Go 13455766 Wm2

Constante solar Gsc 1367 Wm2

Transmitancia

atmosfeacuterica para la

radiacioacuten directa

τb 04478

Transmitancia

atmosfeacuterica para la

radiacioacuten difusa

τd 01394

Valores para

atmoacutesfera estaacutendar

a0 02729

a1 03690

K 02595

Altitud del lugar A 17110 km

Aacutengulo cenital cos ϴz 03476 ordm

Latitud del lugar Φ 204399 ordm

Declinacioacuten solar Δ 145856 ordm

Inclinacioacuten Β 21 ordm

Aacutengulo acimutal 120574 -1015457 ordm

Aacutengulo horario Ω 733624 ordm

Tiempo solar Tsun 168908

Tiempo estandar Tclock 15

Ecuacioacuten del

tiempo

ET 00908

B 384658

Longitud estandar Lstd -102 ordm

Longitud local Lloc -10155 ordm

Constante de Stefan

Boltzmann

Σ 567x10-8 Wm2K4

Tabla 3 Datos considerados para los caacutelculos de radiacioacuten

solar

La superficie receptora como se ha

mencionado anteriormente es un tubo de cobre

que por su durabilidad su propiedad

anticorrosiva y sus propiedades teacutermicas ha sido

elegido para este proyecto

250

270

290

310

330

350

370

390

1100

a m

1200

p m

0100

p m

0200

p m

0300

p m

0400

p m

0500

p m

Temperatura Ambiente [K]

Temperatura Receptor [K]

Temperatura Interior [K]

Temperatura de Salida [K]

η = 24

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SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

En la tabla 5 se muestran las propiedades

que se tomaron en cuenta para los caacutelculos

considerando que la superficie fue pintada de

color negro para una mayor absorbancia de

calor

Siacutembolo Valor Unidad

Semiaacutengulo de aceptacioacuten ϴa 235 ordm

Concentracioacuten geomeacutetrica C 25

Longitud de abertura La 023 m

Altura del CPC H 032 m

Longitud del CPC L 091 m

Diaacutemetro exterior del tubo De 0028575 m

Diaacutemetro interior del tubo Di 00254 m

Espesor del receptor E 0003175 M

Aacuterea de abertura Aa 02093 m2

Aacuterea del receptor Ar 00817 m2

Nuacutemero total de

concentradores

4

Tabla 4 Caracteriacutesticas de cada CPC del colector solar

Siacutembolo Valor Unidad

Conductividad teacutermica Kr 385000 WmordmC

Absortividad αr 1

Emisividad ɛr 0037

Transmitancia τr 1

Tabla 5 Propiedades del receptor

La superficie reflectora elegida es la

laacutemina de acero galvanizada que es cortada en

segmentos y de la cual se requiere conocer para

el caacutelculo teacutermico la reflectividad especular de

esta mostraacutendose en la tabla 6

Siacutembolo Valor Unidad

Reflectividad especular ρr 078

Tabla 6 Reflectividad especular de la laacutemina galvanizada

El fluido de trabajo en este proyecto es el

aire pensando en las aplicaciones futuras que se

pudieran considerar donde en la tabla 7 se

muestran las propiedades de este a 20 ordmC asiacute

como tambieacuten la velocidad promedio que se

presenta en los diacuteas de pruebas

Siacutembolo Valor Unidad

Conductividad teacutermica Kaire 002476 Wm2K

Calor especifico Cp 1007 JkgK

Densidad Ρ 1204 kgm3

Velocidad V 01636 ms

Viscosidad dinaacutemica Μ 1825x10-5 kgms

Tabla 7 Propiedades del aire a 20 ordmC

Conociendo las propiedades y los datos

geomeacutetricos de los elementos que conforman el

colector CPC se procede a hallar las peacuterdidas

teacutermicas y la eficiencia del colector CPC en

donde la tabla 8 muestra los resultados

obtenidos

Siacutembolo Valor Unidad

Eficiencia del sistema Η 23

Aacuterea del colector Ac 08372 m2

Calor uacutetil Qu 950274 W

Radiacioacuten solar absorbida S 4957459 Wm2

Transmitancia del CPC τCPC 07495

Nuacutemero promedio de

reflexiones

nr 09574

Coeficiente global de

peacuterdidas de calor

UL 06816 Wm2K

Perdida teacutermica del

receptor

Qloss 01206 W

Factor de flujo del

colector

Frsquorsquo 09984

Factor de eliminacioacuten de

calor del colector

FR 09282

Factor de eficiencia del

colector

Frsquo 09297

Coeficiente global de

transferencia de calor

Uo 06337 Wm2K

Flujo maacutesico del aire 00161 kgs

Coeficiente de

transferencia de calor

dentro del tubo receptor

hfi 101406 Wm2K

Nuacutemero de Nusselt Un 104027

Nuacutemero de Reynolds Re 2741121

Tabla 8 Caracteriacutesticas geomeacutetricas y paraacutemetros de

caacutelculo en el colector solar tipo CPC

Se tiene que para estos diacuteas de pruebas se

consigue una eficiencia del 23 en promedio

siendo este factor importante en el disentildeo de

colectores ya que significa tener una ganancia al

retornar de forma uacutetil soacutelo una parte de la energiacutea

que recibe

Conclusiones

Al ser un colector de tipo estacionario se

consigue una baja concentracioacuten obteniendo

una radiacioacuten solar en el colector aceptable La

factibilidad de este trabajo es que cuenta con

concentradores como equipos principales hace

que se considere al colector cilindro paraboacutelico

compuesto como un camino viable tanto

econoacutemicamente como energeacuteticamente para

sistemas que requieran mantener una

temperatura baja en horas solares punta

Mediante los resultados obtenidos en este

proyecto se muestra que los resultados teoacutericos y

experimentales son similares asiacute mismo el

disentildeo probado permite que solo parte de la

radiacioacuten entre al colector permitiendo obtener

temperaturas de entre 50 y 60 degC La eficiencia

alcanzada por este proyecto es del 24 con

temperaturas de salida de 60 ordmC lo cual resulta

adecuado para ser implementado en sistemas que

requieran calor constante a temperaturas

relativamente bajas tales como invernaderos o

sistemas de climatizacioacuten

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

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31

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Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFT

Molecularly modeling an activated carbon anode as a platinum support by means of

DFT calculations

VALENZUELA-HERMOCILLO Ernestodagger1 PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan2 y RIVAS-CASTRO

Sofiacutea1

1Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero Carrertera federal Toluca- Ixtapan de la Sal Km 64 Col La Finca

CP 51763 Villa Guerrero Meacutexico 2Instituto Tecnoloacutegico de Toluca CP 52149 Estado de Meacutexico Meacutexico

ID 1er Autor Ernesto Valenzuela-Hermocillo ORC ID 0000-0002-1126-5835

ID 1er Coautor Juan Pacheco-Sanchez ORC ID 0000-0002-9525-5473

ID 2do Coautor Sofiacutea Rivas-Castro ORC ID 0000-0001-9278-0793

DOI 1035429JCPE20191963138 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

En este trabajo se presenta el modelamiento molecular de

un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino de

una celda de combustible de membrana de intercambio

protoacutenico (PEMFC) en la cual interacciona platino (Pt)

como catalizador soportado en carboacuten activado (CA) con

hidroacutegeno molecular (H2) con el fin de romperlo o

ionizarlo Se analiza la adsorcioacuten que existe entre CA y Pt

como aacutetomo o como una estructura superficial

FCC(cuacutebica centrada en las caras) miacutenima para observar

si existe alguna diferencia entre carboacuten activado y sin

activar en la reaccioacuten Pt-H2 Usando caacutelculos cuaacutenticos de

la Teoriacutea del Funcional de la Densidad (DFT) se investigoacute

la adsorcioacuten y el efecto del carboacuten activado sobre platino

empleando distintas estructuras de carboacuten y de platino

Nuestros resultados muestran que los carbones activados

proporcionan un soporte estable para los catalizadores de

platino teniendo en cuenta que el CA presenta un pozo de

energiacutea potencial menor para adsorber el platino

(fisisorcioacuten) en cambio un Carboacuten sin activar presenta un

pozo de energiacutea potencial mayor (quimisorcioacuten)

DFT Carboacuten Activado Soporte de Platino

Abstract

In this paper we present the molecular modeling of an

activated carbon anode as platinum support of a proton

exchange membrane fuel cell (PEMFC) in which

platinum (Pt) interacts as a catalyst supported in activated

carbon (CA) with molecular hydrogen (H2) in order to

break it or ionize it The adsorption between CA and Pt is

analyzed as an atom or as a minimum FCC(face-centered

cubic) surface structure to observe if there is any

difference between activated and non-activated carbon in

the Pt-H2 reaction Using quantum calculations of the

Density Functional Theory (DFT) the adsorption and the

effect of activated carbon on platinum were investigated

using different carbon and platinum structures Our results

show that the activated carbons provide a stable support

for the platinum catalysts taking into account that the CA

presents a well of lower potential energy to adsorb the

platinum (physisorption) whereas an activated carbon has

a potential energy well major (chemisorption)

DFT Activated Carbon Platinum Support

Citacioacuten VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado

molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT Revista de Energiacutea Quiacutemica

y Fiacutesica 2019 6-19 31-38

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico neto_alexhotmailcom)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El actual uso excesivo de combustibles foacutesiles ha

ocasionado el aumento de las emisiones de

contaminacioacuten ambiental asiacute como la creciente

demanda energeacutetica a nivel mundial han

provocado la necesidad de disentildear e investigar

nuevas fuentes alternas para producir energiacutea

eleacutectrica de manera maacutes eficiente y amigable con

el medio ambiente (Appleby A J 1996) Las

celdas de combustible de hidroacutegeno tipo

membrana de intercambio de protones(PEM)

pueden convertir de manera eficiente la energiacutea

quiacutemica en electricidad con el agua como uacutenico

subproducto (Barreras F and Lozano A

2012)

Las fuentes de energiacutea renovables en el

futuro todaviacutea pueden requerir que la energiacutea se

almacena como combustibles liacutequidos para el

transporte El carboacuten activado como soporte de

catalizadores (platino paldio niquel) altamente

selectivos eficaces y robustos son de

importancia pueden llegar a cumplir con este

desafiacuteo y son un aacuterea activa de investigacioacuten

(Valenzuela A 2016)

El carboacuten activado se caracteriza por su

estructura porosa bien desarrollada lo que le

confiere una elevada superfice y capacidad de

adsorcion (Stoeckli F 1990 Molina S M

Rodriacuteguez F Caturla F Selleacutes M J 1995) En

las uacuteltimas deacutecadas se han estudiado materiales

carbonos que pueden ser utilizados tanto en

sensores electroquiacutemicos como soporte

(electrodo) de catalizadores (platino) en celdas

de combustible (Litster S Mclean G 2004

Kim M Park JN Kim H Song S Lee W-

H 2006)

El objetivo de la investigacioacuten es analizar

y comparar los datos teoacutericos con los

experimentales de las reacciones que suceden en

un electrodo de una celda de combustible y

poder proponer nuevos materiales como es el

caso del carboacuten activado como soporte de

catalizadores para la construccioacuten de las mismas

celdas y que estas tengan una mayor eficiencia

En los estudios teoacutericos de la interaccioacuten

platino-carboacuten activado no son muy frecuentes

por lo tanto tenemos que estudiar para entender

claramente la mayor parte posible sus

mecanismos de reaccioacuten Esto se persigue con la

intencioacuten de construir un electrodo de una celda

de combustible

Mediante el uso de la teoriacutea funcional de

la densidad (DFT) (Parr R Yang W 1989) Se

analizaraacute la adsorcioacuten de distintas estructuras de

carboacuten y carboacuten activado sobre el platino Para

llegar a la energiacutea de disociacioacuten entre dos

aacutetomos hay dos maneras La fisisorcioacuten

(adsorcioacuten fiacutesica) se produce una interaccioacuten de

van der Waals estas son de largo alcance pero

son deacutebiles La fisisorcioacuten se puede medir

registrando el incremento de temperatura de una

muestra de capacidad caloriacutefica conocida siendo

los valores normales de alrededor de 20 kJmol

En la quimisorcioacuten (adsorcioacuten quiacutemica)

se produce una unioacuten formando un enlace

quiacutemico normalmente covalente teniendo a

buscar posiciones que maximicen su nuacutemero de

coordinacioacuten con el sustrato La quimisorcioacuten

son mucho mayores que las de fisioadsorcioacuten

estando alrededor de los 200 kJmol (Atkins P

Friedman R 2005) La distancia entre los

aacutetomos es tambieacuten mucho menor en la

quimisorcioacuten que en la fisisorcioacuten Las energiacuteas

de fisisorcioacuten y quimisorcioacuten que se calcularon

estaacuten presentes en el documento y se

compararaacuten con los datos teoacutericos y

experimentales

Metodologiacutea a desarrollar

Investigamos las interacciones del carboacuten y

carboacuten activado como soporte de aacutetomos de

platino variando las estructuras de carboacuten

(Anillo de 6 carbonos anillo activado de 6

carbonos Grafeno y Grafeno activado) a traveacutes

del programa de estructura electroacutenica DFT

propuesto por Delley (Delley B Ellis D

Freeman A and Baerends E 1983) Se utilizoacute

un funcional de tipo local para el potencial de

intercambio y correlacioacuten este funcional

propuesto por Perdew-Wang (PWC) (Perdew

JP and Wang Y 1992) de la Aproximacioacuten de

densidad local(LDA) (Von Barth U Hedin L

1972) incluyendo la polarizacioacuten de spin

(Oliver G L Perdew J P 1979)

Los sistemas en estudio se corrieron

utilizando los caacutelculos de spin no restringidos

all electroacuten y un conjunto de base de tipo

DND(doble numeacuterical + d-DNP) el tamantildeo del

conjunto de bases DND es comparables a los

conjunto Gaussian 6-31G ademaacutes se incluyen

los caacutelculos de campo autoconsistente (SCF)

(Atkins PW 1999)

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Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

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Las modelaciones iniciaron con sistemas

pequentildeos de aacutetomos de platino (Pt) y aacutetomos de

carboacuten (C) y se fue aumentando el numero de

aacutetomos C (Placa de grafeno) y a su vez los

aringtomos de Pt (Estructura FCC de platino) en el

plano [111] encontrando las distancias de

interaccioacuten y energiacuteas de equilibrio y asiacute

construir las curvas de energiacutea potencial y poder

analizar el efecto que causa el carboacuten activado

sobre el platino (la adsorcioacuten del sistema) Las

estructuras que se emplearon fueron activadas

con hidroacutexido de potasio (KOH) para el anillo y

cloruro de zinc (Cl2Zn) para la placa de grafeno

(Rivas SF Pacheco JH 2016 Pacheco-

Saacutenchez J H Zaragoza-Rivera I P and

Bravo-Ortega A A 2016)

Resultados

El sistema de estudio se enfocoacute en analizar el

efecto que causa el carboacuten activado sobre el

platino se utilizoacute carboacuten activado obtenido

mediante activacioacuten quiacutemica los agentes

activantes que se usaron para activar fueron

KOH y Cl2Zn obtenido en simulaciones

moleculares ( Rivas SF Pacheco JH 2016

Pacheco-Saacutenchez J H Zaragoza-Rivera I P

and Bravo-Ortega A A 2016) Como dato de

partida para nuestra investigacioacuten se tiene que la

energiacutea experimental de interaccioacuten Pt-C es de

628 eV (Atkins PW 1999) lo que equivale a

14482 Kcalmol Por lo que con esta

informacioacuten y apoyaacutendonos de la teoriacutea de los

funcionales de la densidad se inicio la

investigacioacuten buscando cual aproximacioacuten y que

funcional se aproximara a este dato

experimental

Interaccioacuten del sistema C6 y C6A con un

aacutetomo de platino

En las simulaciones de las interacciones C6A-Pt

(Figura 1) y la C6-Pt (Figura 2) encontramos que

las distancias interatoacutemicas del C6 y C6A son

similares ya que el C6 tiene sus enlaces de 1331

Aring y las del C6A oscila entre los 1333 Aring y 1423

Aring

Figura 1 Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6 A-Pt

Figura 2 Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6-Pt

En cuanto a la energiacutea de equilibro

encontramos que se necesita -986053 Kcalmol

para formar la moleacutecula C6A-Pt y la moleacutecula

C6-Pt necesita -983141 Kcalmol y la distancia

de la moleacutecula C6A-Pt es de 2742 Aring la cual es

mayor que la de la moleacutecula C6-Pt que tiene

2582 Aring y el tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial es de -25182 Kcalmol (Graacutefico 2)

para la moleacutecula C6-Pt y de -19511

Kcalmol(Graacutefico 1) para la moleacutecula C6A-Pt

Graacutefico 1 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6A-Pt

Graacutefico 2 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6Pt

Ener

giacutea

(K

cal

mol)

Distancia (Å)

En

ergiacutea

(K

cal

mol)

Distancia (Å)

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carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

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Por lo que nos damos cuenta que a pesar

de que la energiacutea y la distancia de la moleacutecula

C6A-Pt es maacutes grande se tiene un tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial menor que el de la

moleacutecula C6-Pt lo que nos indica que la

adsorcioacuten del C6A sobre Pt tiende a una

fisisorcioacuten y C6-Pt tiende a una quimisorsioacuten

Interaccioacuten perpendicular de la moleacutecula de

Hidroacutegeno y un aacutetomo de platino

Para encontrar la energiacutea del hidroacutegeno se

realizoacute la simulacioacuten del sistema Pt-H2 para

romper el enlace de la moleacutecula de hidroacutegeno

(H2) para ello se colocoacute la moleacutecula de

hidroacutegeno y a un aacutetomo de platino a una

distancia de 1335 Aring del centro del aacutetomo de

platino a cada uno de los aacutetomos de hidroacutegeno

(H) con una distancia interatoacutemica de la

moleacutecula de hidroacutegeno de 07 Aring (Figura 3 )

Figura 3 Sistema Pt-H2

Despueacutes de la optimizacioacuten geomeacutetrica

del sistema Pt-H2 se encontroacute que el punto de

equilibrio estaacute a una distancia de 1808 Aring y una

energiacutea de -1833 kcalmol (Figura 4a) Se le

realizoacute el caacutelculo de conectividad y se rompioacute el

enlace de los aacutetomos de hidroacutegeno y cada uno de

los aacutetomos de hidroacutegeno se enlazaron al aacutetomo

de platino (Figura 4b )

a) b)

Figura 4 a) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema Pt-H2

b) Calculo de conectividad

Para obtener la energiacutea que genera la

moleacutecula de hidroacutegeno al romper el enlace y

tener dos aacutetomos de hidroacutegeno se calculoacute el

pozo de energiacutea potencial y para ello se fijo el

aacutetomo de platino y se fueron alejando y

acercando los aacutetomos de hidroacutegeno y se obtuvo

un tamantildeo del pozo de -22751 kcalmol

(Graacutefico 3) lo que equivale a 09865 eV

Graacutefico 3 Curva de energiacutea potencial del sistema Pt-H2

Al compara el tamantildeo de pozo de la

graacutefico 3 con el valor experimental de la

interaccioacuten Pt-H2 se encontroacute que se aproxima

ya que el valor experimental es de 2652

Kcalmol lo que equivale a 115 eV (Emrick

RM 1982)

Influencia del anillo de carboacuten en la reaccioacuten

PtH2

La influencia del C6 en la reaccioacuten Pt-H2 (Figura

5a ) se comparan los sistemas Pt-H2 y C6-Pt-H2

(Figura 5b) para ello se calcularon los puntos de

equilibrio y tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial de ambos sistemas la moleacutecula de

PtH2 se forma a una energiacutea Eeq=-1833

Kcalmol y una distancia de 1808 Aring con un

tamantildeo de pozo de -22751 kcalmol y para

formar la moleacutecula de C6-Pt-H2 se necesita una

energiacutea de Eeq=-1126490 Kcalmol a una

distancia req=1827 Aring y el tamantildeo del pozo de

energiacutea potencial es de -23301 kcalmol

(Graacutefico 4)

a) b)

Figura 5 a) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema Pt-H2

b) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6-Pt-H2

Dado que las energiacuteas del tamantildeo de

pozo de estos sistemas son casi iguales entonces

se puede dice que el C6 ademaacutes de fungir como

un mero soporte tambieacuten aporta propiedades

cataliacuteticas y la superficie de C6 no sufre

modificaciones

En

ergiacutea

(K

cal

mo

l)

Distancia

(Å)

1 2 3 4 5

-20

-10

0

10

20

Interaccioacuten Pt-H2

Ene

rgiacutea

(K

ca

lm

ol)

Distancia r(Aring)

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VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ-

Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Graacutefico 4 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6-Pt-H2

Dado que las energiacuteas del tamantildeo de

pozo de estos sistemas son casi iguales entonces

se puede dice que el C6 ademaacutes de fungir como

un mero soporte tambieacuten aporta propiedades

cataliacuteticas y la superficie de C6 no sufre

modificaciones

Interaccioacuten del sistema estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno y estructura cristalina fcc de platino

soportada en una estructura grafeno activada

En la simulacioacuten entre la estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno (Figura 6) y estructura cristalina FCC de

platino en el plano (111) (Arenas De P H

1994) soportada en una estructura grafeno

activada (Figura 7) Para ello se encontroacute que los

puntos de equilibro de estas estructuras se

encuentran a una distancia de 2196 Aring y una

energiacutea de -5814346 kcalmol y un pozo de

potencial de -217674 Kcalmol (Graacutefico 5) y a

2956 Aring de distancia y -574173 kcalmol de

energiacutea y un pozo de potencial de -

101181Kcalmol (Graacutefico 6) respectivamente

Figura 6 Optimizacioacuten geomeacutetrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino en el plano [111] soportada en

una estructura grafeno

Graacutefico 5 Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina FCC de platino en el plano [111]

soportada en una estructura grafeno

Al hacer crecer el sistema llegamos a

estos datos donde encontramos que se necesita

menos energiacutea para formar estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno activada que la que se necesita de la

estructura cristalina FCC de platino en el plano

[111] soportada en una estructura grafeno

Figura 7 Optimizacioacuten geometrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino en el plano [111] soportada en

una estructura grafeno activado

Graacutefico 6 Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina FCC de platino en el plano [111]

soportada en una estructura grafeno activada

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia

(Å)

En

ergiacutea

(K

cal

mo

l)

Distancia

(Å)

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia (Å)

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carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Encontramos que el pozo de energiacutea

potencial es 50 maacutes pequentildeo en la estructura

de grafeno activada y estaacute no sufre

modificaciones superficiales comparadas con las

del grafeno sin activar Asiacute mismo la estructura

FCC de platino se desordena en presencia de

grafeno mientras que la estructura fcc de platino

en el plano [111] en presencia del grafeno

activado no sufre modificaciones estructurales

relevantes

Interaccioacuten del sistema estructura cristalina

fcc de platino soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno

La estructura cristalina FCC de platino en el

plano [111] soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno se comparoacute con el

sistema Pt-H2 Para ello se calculoacute el punto de

equilibrio de la estructura cristalina FCC de

platino soportada en grafeno con dos moleacuteculas

de hidroacutegeno

Figura 8 Optimizacioacuten geomeacutetrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno

Se encontroacute que tiene una energiacutea de

equilibrio de -6069151 kcalmol (Figura 8) y

una distancia de equilibrio de 2196 Aring entre el

grafeno y la estructura cristalina fcc de platino y

1876 Aring entre la estructura FCC de platino y una

moleacutecula de hidroacutegeno

Graacutefico 7Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina fcc de platino soportada en grafeno

con dos moleacuteculas de hidroacutegeno

Se calculo el tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial variando(alejando y acercando) la

distancia entre un aacutetomo de platino de la

estructura cristalina FCC de platino y una de las

moleacuteculas de hidrogeno y se tuvo que el tamantildeo

de pozo de energiacutea potencial (graacutefico 7) es de -

18164 Kcalmol que al compararlo con el pozo

de energiacutea potencial del sistema Pt-H2 que es de

-22751 kcalmol por lo que se dice que la

magnitud de tamantildeo de pozo se reduce en un

20 Ademaacutes el valor de -18164 Kcalmol es

igual a 078 eV lo que es aproximado al que se

obtiene de voltaje de salida en una monocelda de

combustible real (Pacheco JH Garciacutea LA

Zaragoza IP and Bravo A (2005)

Conclusiones

En este trabajo se ha estudiado la interaccioacuten

entre el platino soportado en estructuras de

carboacuten y carboacuten activado utilizando la

metodologiacutea DFT con LDA PWC

El sistema C6-Pt que tiene una magnitud

de -25182 kcalmol y corresponde al tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial tiende a una

quimisorcioacuten y el sistema C6-APt que tiene una

magnitud de -19511 kcalmol de tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial tiende a una

fisisorcion Los materiales carbonosos C6 C6A

Grafeno y Grafeno Activado influyen poco

sobre la reaccioacuten Pt-H2 ya que las magnitudes

del tamantildeo de pozo de energiacutea potencial son casi

iguales

Para las estructuras de grafeno y grafeno

activado como soportes de estructuras cristalina

de platino se encuentra que ambas corresponden

a una quimisorcioacuten por valores mayores a 50

kcalmol (Atkins PW 1999) Las estructuras

de grafeno activado no sufren modificaciones

estructurales al soportar al platino en cambio el

grafeno puro sufre un encorvamiento coacutencavo

hacia el platino

Con la estructura cristalina fcc de platino

soportado en grafeno se obtuvo que los valores

de la simulacioacuten son cercanos a un 975 a los

datos experimentales ya que DFT obtuvimos -

18164 Kcalmol equivalente a 078 eV mientras

que el experimental es 08 eV (Pacheco JH

Garciacutea LA Zaragoza IP and Bravo A

2005)

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia (Å)

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Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Se determina que el carboacuten activado

muestra una mejor superficie para la dispersioacuten

(adsorcioacuten) del platino con menor energiacutea de

disociacioacuten pero auacuten es elevada para que se

realice en condiciones de temperatura ambiente

Asiacute mismo se llega a concluir que el carboacuten

activado como soporte de catalizadores influye

en las reacciones electroquiacutemicas que suceden

en el aacutenodo de una celdas de combustible tipo

PEM

De acuerdo con lo anterior mencionado

el carboacuten activado como soporte de catalizadores

es un excelente material para ser empleado en las

celdas de combustible tipo PEM asiacute como

tambieacuten se podraacute utilizar en otro tipos de celdas

de combustible como son las celdas de

combustible microbianas ya que su capacidad

de adsorcioacuten ayuda a que las reacciones se lleven

acabo de mejor manera

Agradecimiento

Se le agradece al Instituto Tecnoloacutegico de

Toluca y al CONACyT por los apoyos

brindados

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carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

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39

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Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio

Zinc Sulfate Optimization in benefit process

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupedagger ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-

DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

ID 1er Autor Mariacutea Guadalupe Roacho-Torres CVU CONACYT ID 964639

ID 1er Coautor Cesar Octavio Encinas-Baca CVU CONACYIT ID 103864

ID 2do Coautor Melchor Omar Grijalva-Delgado CVU CONACYT ID 360907

DOI 1035429JCPE20191963943 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

Objetivos Calcular la cantidad de reactivo de Sulfato

de Zinc que maximice el beneficio de Plomo en el

proceso de beneficio de una planta de la regioacuten sur

del estado de Chihuahua Metodologiacutea Se realizaron

pruebas con diferentes cantidades de sulfato de Zinc

sobres las cuales se calculoacute la varianza y se

determinoacute el valor promedio de beneficio de Plomo

y Zinc Luego se obtuvieron las ecuaciones que

describen el comportamiento del beneficio de los

minerales y se calcularon los valores maacuteximos o

miacutenimos respecto a la ley Se calculoacute el valor optimoacute

de sulfato y se generaron cartas de control como

seguimiento al proceso Contribucioacuten Al optimizar

y estandarizar la cantidad de sulfato de Zinc como

reactivo en el beneficio en un proceso donde se

realizaba de forma empiacuterica no soacutelo se tiene un

mayor control sobre los resultados de la ley sino que

tambieacuten se optimizan los costos considerando que el

uso del reactivo es un importante insumo para el

proceso

Optimizacioacuten Sulfatos Beneficio

Abstract

Goals Calculate the amount of Zinc Sulfate reagent

that maximizes the lead benefit in the process of

benefiting a plant in the southern region of the state

of Chihuahua Methodology Tests were carried out

with different amounts of zinc sulfate on which the

variance was calculated and the average benefit value

of Lead and Zinc was determined Then the

equations were obtained that describe the behavior of

the benefit of the minerals and the maximum or

minimum values with respect to the law were

calculated The optimized sulfate value was

calculated and control charts were generated as

follow-up to the process Contribution By

optimizing and standardizing the amount of Zinc

sulfate as a reagent in the benefit in a process where

it was performed empirically not only does it have

greater control over the results of the law but also the

costs are optimized considering that the Reagent use

is an important input for the process

Optimization Sulfates Benefit

Citacioacuten ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-DELGADO Melchor

Omar Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 39-43

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista

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Introduccioacuten

El proceso de beneficio de los minerales es sin

lugar a dudas una de las actividades econoacutemicas

maacutes importantes de nuestro paiacutes ya que de

acuerdo con la Secretariacutea de Economiacutea la

industria minera contribuye con el 4 del PIB

nacional ademaacutes de generar maacutes de 350 mil

empleos directos y maacutes de 16 millones

indirectos (Secretaria de Economiacutea 2019) [1]

La investigacioacuten desarrollada responde a

una necesidad de la industria de beneficio

minero al optimizar la cantidad de reactivo de

Sulfato de Zinc Flottec requerida para

recuperacioacuten del Pb y Zn La importancia de la

investigacioacuten no soacutelo radica en el impacto

econoacutemico que la optimizacioacuten conlleva sino

que tambieacuten representa un punto de partida para

el desarrollo de investigaciones posteriores

respecto al uso del reactivo seguacuten las variaciones

en ley que la extraccioacuten del mineral puede

presentar

La hipoacutetesis de la investigacioacuten estaacute

centrada en la demostracioacuten estadiacutestica del

impacto de la cantidad de Sulfato de Zinc Flottec

en el porcentaje de beneficio de los minerales

En la primera seccioacuten se hace una

descripcioacuten geneacuterica de la metodologiacutea de toma

de muestras En la seccioacuten sobre la coleccioacuten de

los datos del reactivo se muestran las adiciones

del reactivo en las operaciones de molino limpia

y mixtura

En la tercera seccioacuten se hace un

comparativo de las diferentes cantidades

adicionadas de ZnSO4 y los resultados que estaacuten

generaron en los anaacutelisis quiacutemicos

Posteriormente en la seccioacuten de Anaacutelisis de

varianza se valida y demuestra estadiacutesticamente

la Hipoacutetesis que afirma que diferentes adiciones

de ZnSO4 generan diferencias significativas en

el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales

En la seccioacuten de resultados se calcula

matemaacuteticamente la cantidad de ZnSO4 que

genera el mayor beneficio de Pb Ademaacutes se

demuestra como la estandarizacioacuten de la

cantidad de reactivo utilizado no soacutelo

incrementoacute el beneficio promedio de

recuperacioacuten de Pb sino que disminuyoacute de

forma considerable la variabilidad del

porcentaje dando con ello mayor estabilidad al

proceso

Generacioacuten de muestras

Para la obtencioacuten de las muestras analizadas en

las diversas pruebas se obtuvieron 30 kg de

mineral al cual se le dieron 5 procesos de

cuarteo y una vez pulverizado se pasoacute por la

maya 100

En el molino de bolas se le dieron 20 30

40 y 50 minutos a las muestras de forma previa

a pasarse por la maya 200 hidratada Una vez

filtrado el mineral fue secado en mufla por un

tiempo de 40 minutos

Coleccioacuten de datos del reactivo

Se corrieron diversas muestras sobre la cantidad

de ZnSO4 que se adheriacutea a las celdas de plomo

generando estadiacutestica sobre

ndash Molino en la operacioacuten de molienda

ndash Limpia cuando el mineral es flotado en

las celdas

ndash Mixtura adherido a los

acondicionadores antes de pasar por la

celda

Las operaciones eran realizadas de forma

completamente empiacuterica un ejemplo de las

adiciones del reactivo llevadas a cabo en una de

las recompensas se muestran en la Tabla 1

Reactivo ZnS04 sulfuro de zinc

Dilucion 10

Adicioacuten de reactivo en proceso

HR Molino Limpia Mixtura

0800 3500 1200 360

0900 3500 1200 400

1000 3600 1200 360

1100 3500 1200 360

1200 3500 1250 360

1300 3600 1200 360

1400 3500 1200 360

Promedio 35285714 12071429 3657143

Tabla 1 Ejemplo de adiciones de ZnSO4

Fuente Elaboracioacuten Propia

Asiacute el caacutelculo de las adiciones se generoacute

en 30 muestras a fin de lograr hacer un

comparativo una vez que se cuente con el caacutelculo

de la cantidad de sulfato oacuteptimo a ser adicionado

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Muestreo del Sulfato de Zinc

Se realizaron 30 muestras con la adicioacuten desde

1000 hasta 2000 grston en intervalos de 250

grston generando el certificado de anaacutelisis

quiacutemico de cada uno de ellos a fin de realizar un

comparativo del beneficio de los minerales

Un ejemplo de los certificados generados

en cada muestra se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Ejemplo de certificado de anaacutelisis quiacutemico

Fuente Planta de Beneficio

Anaacutelisis de Varianza para los muestreos

A fin de validar cada una de las muestras

tomadas con las diferentes adiciones se realizoacute

un anaacutelisis de varianza ya que acuerdo con

Montgomery (2013) [2] el Anaacutelisis de Varianza

o ANOVA permite resolver estos casos en

donde una variable x tiene a tratamientos de

forma que evaluando el porcentaje de Zn y Pb

obtenido ya que son los minerales de mayor

importancia para el resultado del proceso del

beneficio La tabla 3 muestra los datos

colectados donde en la primera fila se muestran

los grston de ZnSO4 que se adicionaron y en las

siguientes filas se muestra el porcentaje de Pb

beneficiado

2000 1750 1500 1250 1000

77 81 82 82 78

82 78 79 81 75

75 82 81 82 81

80 88 87 86 83

78 84 86 87 82

79 91 92 88 84

Tabla 3 Datos colectados de porcentaje de Pb beneficiado

con diferentes adiciones de ZnSO4

Fuente Elaboracioacuten Propia

Mediante el uso del software Minitab se

realizoacute el ANOVA obteniendo la informacioacuten

mostrada en la Figura 1

Null hypothesis

All means are equal

Analysis of Variance

Source DF Adj SS Adj MS F-Value

Factor 4 1771 4428 308

Error 25 3598 1439

Total 29 5370

Figura 1 ANOVA para muestras de Pb

Fuente Elaboracioacuten Propia

El valor de la F teoacuterica con un nivel de

confianza de 95 es de 2759 Por lo tanto se

rechaza Ho y las diversas adiciones producen

diferencias significativas en el beneficio de

Pb El anaacutelisis ANOVA para el beneficio de Zn

en base a la adicioacuten de ZnSO4 se muestra en la

Figura 2

Analysis of Variance

Source DF Adj SS Adj MS F-Value

Factor 4 32880 82200 7339

Error 25 2800 1120

Total 29 35680

Figura 2 ANOVA para muestras de Zn

Fuente Elaboracioacuten Propia

Al igual que en el beneficio de Pb se

rechaza Ho y las diversas adiciones producen

diferencias significativas en el beneficio de

Zn

Resultados

A partir de los promedios de los resultados de

porcentajes beneficiados de Pb se graficoacute y se

encontroacute la ecuacioacuten que describe su

comportamiento y se muestra en la Grafica 1

Reactivos Circuito de Pb

ZnSO4 flottec 2000 grston

Mixtura ZnSO4 flottec NaCn 200 grston

Aherophine 3418 15 grston

Espumante 834 16 grston

Xantato 343 10 grston

Descripcioacuten Peso gr Au Ag Pb

R-5584 Conc Pb 341 66 643 67

Medios Pb 1069 17 121 78

Cola Pb 859 03 22 08

Cabeza calculada 07 54 38

549 591 790

R-5584 Zn Fe

Conc Pb 341

Medios Pb 1069 35 2

Cola Pb 859 79 55

Cabeza calculada 56 43

Recuperacioacuten 30 11

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Grafica 1 Ecuacioacuten de de beneficio de Pb

Fuente Elaboracioacuten Propia

Asiacute la ecuacioacuten que describe el

comportamiento del beneficio del Pb teniendo

como variable independiente (x) los gramos de

ZnSO4 adicionados es

119889119890 119861119890119899119890119891119894119888119894119900 119875119887 =

minus0000021199092 + 00607 119909 + 40463 (1)

De la cual por maacuteximos y miacutenimos se

obtiene

yacute= - 000004x + 00607 (2)

donde x= 1518 grston de ZnSO4 Flottec que

deben ser adicionados para obtener el beneficio

optimo estimado en un promedio de 865

El grafico que describe el

comportamiento del beneficio del Zn se muestra

en la Grafica 2

Grafica 2 Ecuacioacuten de de beneficio de Zn

Fuente Elaboracioacuten Propia

119889119890 119861119890119899119890119891119894119888119894119900 119885119899 =

minus00000091199092 + 00178 119909 + 2757 (3)

Al igual que lo planteado con la ecuacioacuten

1 por maacuteximos y miacutenimos se obtiene que x= 988

grston de ZnSO4 Flottec que deben ser

adicionados para obtener el beneficio oacuteptimo de

1155

Sin embargo dado que la desviacioacuten

estaacutendar es mayor en el beneficio del Zn y que el

Pb produce una mayor compensacioacuten

econoacutemica se decidioacute enfocar la los resultados

de la investigacioacuten en el beneficio optimo en

base al Pb

Una vez que se estandarizoacute la adicioacuten del

ZnSO4 Flottec se elaboraron cartas de control en

base al beneficio de Pb en 20 muestras La

Grafica 3 arroja los resultados de las muestras

tomadas al inicio de la investigacioacuten mientras

que la Grafica 4 muestra datos posteriores a la

estandarizacioacuten

Grafica 3 Carta de Control de las muestras con adicioacuten de

ZnSO4 aleatorio

Fuente Elaboracioacuten Propia

Grafica 4 Carta de Control de las muestras con adicioacuten de

ZnSO4 estandarizado

Fuente Elaboracioacuten Propia

Ademaacutes la desviacioacuten estaacutendar

disminuyoacute de 4303 a 1927 con lo cual la

variacioacuten del beneficio es menor

Conclusiones

A partir de los resultados obtenidos se

desprenden una serie de contribuciones en el

proceso de recuperacioacuten de los minerales

analizado

y = -2E-05x2 + 00607x + 40463

Rsup2 = 09668

78

79

80

81

82

83

84

85

86

0 500 1000 1500 2000 2500

y = -9E-06x2 + 00178x + 27571

Rsup2 = 09717

0

2

4

6

8

10

12

14

0 500 1000 1500 2000 2500

28252219161310741

95

90

85

80

75

70

Observation

Ind

ivid

ual

Valu

e

_X=8237

UCL=9291

LCL=7182

I Chart of Pb

191715131197531

92

90

88

86

84

82

80

Observation

Ind

ivid

ual

Valu

e

_X=8585

UCL=9145

LCL=8025

I Chart of Pb Estandarizado

43

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Junio 2019 Vol6 No19 39-43

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ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA

Cesar Octavio y GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar

Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Por una parte el calcular la cantidad

optima de ZnSO4 permitioacute obtener el porcentaje

de recuperacioacuten maacutes alto de Pb Ademaacutes generoacute

un proceso maacutes estable al estandarizar la

operacioacuten

Con ello el costo del reactivo disminuyoacute

al evitar la aleatoriedad que de forma empiacuterica

generaba la adicioacuten del reactivo Ademaacutes el

mantener un proceso de beneficio maacutes estable

contribuye a que la planta tenga una mayor

certeza en los caacutelculos de su capacidad de

produccioacuten ya que si bien dada la misma

naturaleza del proceso de extraccioacuten existe una

variabilidad inherente contar con un caacutelculo

exacto permite proveer una mayor certeza

Como recomendacioacuten es importante

considerar que el caacutelculo de la cantidad oacuteptima

de ZnSO4 Flottec debe realizarse de forma

perioacutedica bajo la metodologiacutea ya establecida

Asiacute la cantidad se ldquoajustarardquo seguacuten las

variaciones en ley de las extracciones

Por otro lado la posibilidad de mejora de

la investigacioacuten radica en encontrar la cantidad

optima de ZnSO4 Flottec a adicionar

considerando tanto el beneficio del Pb como el

de Zn para lo cual deben considerarse los

valores de venta de los minerales como

funciones a optimizar y las adiciones como

restricciones del sistema

Referencias

[1]Secretaria de Economiacutea (2019) El sector

minero-metaluacutergico en Meacutexico contribuye con el

4 por ciento del Producto Interno Bruto

nacional Recuperado el 06 de Junio de 2019 a

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para simular flotacioacuten industrial a partir de

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Riacuteo Wuumlrttole Justo Felipe Meacutetodo de

produccioacuten y anaacutelisis quiacutemico y fiacutesico del plomo

y sus oacutexidos Tesis Facultad de Ingenieriacutea

Quiacutemica UNMSM Lima1982 pp10-30

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Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 44-51

Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremado

Effect of the addition of inulin on the physicochemical properties of skimmed panela

cheese

AGUILAR Mariacuteadagger CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

ID 1er Autor Mariacutea Aguilar ORC ID 0000-0001-7727-3996 Researcher ID Thomson S-8519-2018 CVU CONACYT

ID 476294

ID 1er Coautor Joseacute Carranza ORC ID 0000-0003-3345-5987 CVU CONACYT ID 177857 SNI nivel 1

ID 2do Coautor Mariacutea Bermuacutedez

ID 3er Coautor Carlos Romo ORC ID 0000-0002-4410-7470 CVU CONACYT ID 275499

DOI 1035429JCPE20191964451 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

El objetivo de esta investigacioacuten fue analizar como la

inulina en concentraciones de 1 2 3 4

afecta la composicioacuten fisicoquiacutemica del queso panela

tipo descremado Los quesos panelas se elaboraron

en el Taller de Laacutecteos del Aacuterea de Tecnologiacutea de

Alimentos de la Universidad Autoacutenoma de

Aguascalientes (UAA) Los anaacutelisis fisicoquiacutemicos

de pH humedad cenizas soacutelidos totales y grasa se

realizaron el Laboratorio de Control de Calidad del

Centro de Ciencias agropecuarias de la misma

universidad de acuerdo a los meacutetodos de las Normas

mexicanas Para el anaacutelisis estadiacutestico se realizoacute

anaacutelisis de la varianza (ANOVA) de una viacutea

Mediante el anaacutelisis de comparacioacuten muacuteltiple Tukey

(plt005) Empleando el programa estadiacutestico

Statgraphics Centurion XV De acuerdo a los

resultados obtenidos se observoacute que la inulina

modificoacute el pH humedad cenizas y soacutelidos totales

del queso panela descremado desde concentraciones

al 1

Queso Inulina Composicioacuten Fisicoquiacutemica

Abstract

The objective of this investigation was to analyze

how inulin affects concentrations of 1 2 3

4 the physicochemical composition of panela

cheese The panela cheese was made in the Dairy

Workshop of the Food Technology Area of the

Autonomous University of Aguascalientes (UAA)

The physicochemical analyzes of pH humidity

ashes total solids and fat specifically the Quality

Control Laboratory of the Center of Agricultural

Sciences of the same university according to the

methods of the Mexican Standards For the statistical

analysis the analysis of the variance (ANOVA) of a

pathway was performed Using Tukey multiple

comparison analysis (p lt005) Using the statistical

program Centurioacuten XV Statistics According to the

results detected inulin was modified it changed the

pH humidity ashes and total solids of skimmed

panela cheese from 1

Cheese Inulin Physicochemical composition

Citacioacuten AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en

las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 44-51

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico mmaguilacorreouaamx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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2019

Introduccioacuten

De acuerdo a la Norma Oficial Mexicana NOM-

155-SCFI-2012 la leche se define como el

producto obtenido de la secrecioacuten de las

glaacutendulas mamarias de las vacas

En cuanto a su produccioacuten mundial

Meacutexico es considerado uno de los principales

productores el Servicio de Informacioacuten

Agroalimentaria y Pesquera (SIAP) en el 2016

informoacute que tres de cada cien litros que se

producen en el mundo son de origen mexicano

Para el antildeo 2025 se preveacute que la produccioacuten

mundial aumentaraacute 177 millones de toneladas

con una tasa de crecimiento promedio del 18

por antildeo en los proacuteximos 10 antildeos Durante el

mismo periodo se pronostica que el consumo

per caacutepita de productos laacutecteos incrementara un

08 y 17 por antildeo en los paiacuteses en desarrollo

y entre 05 y 11 en los paiacuteses desarrollados

(FAO 2016)

En relacioacuten a su valor nutricional la

leche y los productos laacutecteos constituyen un

grupo de alimentos con un importante aporte de

proteiacutenas (muy digeribles de alto valor

bioloacutegico) ricos en calcio foacutesforo y selenio y asiacute

como diversas vitaminas como vitamina A B1

B2 y B12 y en menor cantidad contienen B6 B3

B8 (Milke 2011) Aunque su composicioacuten

quiacutemica puede variar en funcioacuten de la etapa en la

que se encuentre la vaca (Badui 2012)

La importancia de la leche y sus

derivados es evidente para mantener un buen

estado de salud en cualquier etapa de la vida es

por esto que los productos laacutecteos estaacuten

recibiendo mayor atencioacuten debido a que estos

alimentos son ricos en nutrientes ademaacutes de ser

excelente vehiacuteculo para los llamados alimentos

funcionales Un ejemplo son los quesos

(Bautista 2014)

Los quesos se definen como productos

elaborados con la cuajada de leche estandarizada

y pasteurizada de vaca o de otras especies

animales Existen 3 tipos de quesos de acuerdo a

su clasificacioacuten por proceso fresco madurado o

procesado (Norma Oficial Mexicana NOM-

121-SSA1-1994) El queso panela por su alto

contenido de humedad corteza y su periodo de

vida de anaquel corto es considerado un queso

fresco

La industria de productos laacutecteos realiza

pruebas fisicoquiacutemicas en el queso para verificar

la calidad del producto y analizar como la

adicioacuten de alguacuten aditivo modifica su

composicioacuten Entre las pruebas que se incluyen

son el pH humedad cenizas solidos totales y

grasa

El pH funciona como indicador de la

actividad de las bacterias mesoacutefilas y termoacutefilas

Al medir el pH se asegura que la cuajada fresca

esteacute en el camino correcto para convertirse en

queso (Mullen 2018) En cuanto a la humedad

la NMX-F-083-1986 la define como la peacuterdida

en peso que sufre un alimento al someterlo a las

condiciones de tiempo y temperatura prescritos

Respecto al anaacutelisis de soacutelidos totales este

incluye el valor de proteiacutenas cenizas lactosa y

grasa El meacutetodo que propone la NMX-F-111-

1984 para realizarlo es el gravimeacutetrico sin

embargo tambieacuten puede ser calculado por

diferencia del contenido de humedad

Asimismo la NMX-F-100-1984

establece el procedimiento para determinar la

grasa butiacuterica en quesos por el meacutetodo de

Gerber-Van Gulik este consiste en la digestioacuten

parcial de los componentes del queso excepto la

grasa en aacutecido sulfuacuterico Emplea alcohol

isoamiacutelico para ayudar a disminuir la tensioacuten en

la interface entre la grasa y la mezcla en reaccioacuten

(aacutecido sulfuacuterico-leche) lo que facilita el ascenso

de los gloacutebulos pequentildeos de grasa por

centrifugacioacuten El alcohol isoamiacutelico reacciona

con el aacutecido sulfuacuterico formando un eacutester que es

completamente soluble en dicho aacutecido Por otro

lado las cenizas representan el contenido en

minerales del alimento en general las cenizas

suponen menos del 5 de la materia seca de los

alimentos (Maacuterquez 2014) El meacutetodo que

propone la NMX-F-094-1984 es el gravimeacutetrico

El queso contiene la mayoriacutea de los

nutrientes de la leche con excepcioacuten de la lactosa

y algunas vitaminas hidrosolubles (Baro et al

2010) Pero en general la cantidad de fibra que

aporta el queso panela y los laacutecteos es muy baja

o nula

La NOM-043-SSA2-2012 define a la

fibra como la parte comestible de las plantas o

hidratos de carbono anaacutelogos que son resistentes

a la digestioacuten y la absorcioacuten en el intestino

humano y que sufren una fermentacioacuten total o

parcial en el intestino grueso

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2019

La fibra dieteacutetica se divide en soluble e

insoluble Algunos tipos de fibra soluble son las

pectinas gomas mucilagos e inulina Por el

contrario la celulosa hemicelulosa y lignina son

consideradas fibra insoluble

En particular la inulina es un

polisacaacuterido no digerible el cual estaacute constituido

por moleacuteculas de fructosa unidas por enlaces β-

(2-1) fructosil-fructosa siendo el teacutermino

fructanos usado para denominar este tipo de

compuestos Dada su configuracioacuten quiacutemica los

fructanos no pueden ser hidrolizados por las

enzimas digestivas humanas por lo que

permanecen intactos en su recorrido por la parte

superior del tracto gastrointestinal no obstante

son hidrolizados y fermentados en su totalidad

por las bacterias de la parte inferior del tracto

gastrointestinal (intestino grueso coloacuten) De esta

manera este tipo de compuestos se comportan

como fibra dieteacutetica (Lara 2011)

Ademaacutes en el ramo industrial la inulina

se emplea en la fabricacioacuten de distintos

productos alimenticios en laacutecteos se utiliza

como emulsificante sustituto de azuacutecares y

grasas proporcionar sinergismo con

edulcorantes para dar cuerpo y palatabilidad y

formar gel (Urango 2012)

Por lo que enriquecer productos laacutecteos

como el queso panela con inulina podriacutea

beneficiar auacuten maacutes su contenido nutrimental y

beneficiar la ingesta de fibra en la poblacioacuten en

general Ademaacutes el adicionar inulina

favoreceriacutea la demanda de los consumidores

actuales los cuales buscan alimentos con

miacutenimo procesamiento y maacutes naturales (Peralta

2014) Sin embargo primero es necesario

conocer como la inulina modifica la humedad

cenizas pH soacutelidos totales y grasa del queso

tipo panela descremado

El objetivo general de esta investigacioacuten

fue analizar como la inulina en concentraciones

de 1 2 3 4 afecta la composicioacuten

fisicoquiacutemica del queso panela tipo descremado

Objetivos especiacuteficos

ndash Realizar anaacutelisis fisicoquiacutemicos de pH

humedad soacutelidos totales cenizas grasa

en los diferentes quesos y el control

ndash Determinar que concentracioacuten de inulina

(1 2 3 4 ) tuvo mayor impacto

en las propiedades fisicoquiacutemicas del

queso panela

Metodologiacutea a desarrollar

Materia prima

Para la elaboracioacuten del queso panela enriquecido

con inulina se utilizoacute leche bronca obtenida del

Centro de Ciencias Agropecuarias de la

Universidad Autoacutenoma de Aguascalientes

(UAA) La inulina de agave marca Enature se

adquirioacute en un supermercado de la ciudad de

Aguascalientes en febrero 2018 El cloruro de

calcio y el cloruro de sodio se obtuvieron del

Taller de laacutecteos del Aacuterea de Tecnologiacutea de

Alimentos de la UAA

Localizacioacuten

Los quesos panela enriquecidos con inulina y el

control fueron elaborados en el Taller de Laacutecteos

del Aacuterea de Tecnologiacutea de Alimentos los

anaacutelisis fisicoquiacutemicos se hicieron en el

Laboratorio de Control de Calidad del

Departamento de Tecnologiacutea de Alimentos

Estudio del proceso de elaboracioacuten de queso

panela y adicioacuten de inulina

Para realizar el queso panela con el diferente

contenido de inulina se estudioacute el proceso de

elaboracioacuten propuesto por el manual de la

SAGARPA (2015) Respecto a la inulina esta se

antildeadioacute antes de la coagulacioacuten como lo hizo

Gavilanes y German en el 2011 en un queso

crema y en la investigacioacuten de Ramiacuterez y Ponce

en el 2014 con un queso fresco donde

manifiestan que si la inulina estaacute presente

durante el proceso de coagulacioacuten puede formar

parte de la red estructural de proteiacutenas por la

unioacuten con agregados de la proteiacutena

Realizacioacuten de los quesos (control e inulina al

12 3 4)

La figura 1 muestra el diagrama de flujo que se

utilizoacute para la elaboracioacuten y los anaacutelisis

correspondientes de los quesos panelas con

inulina y control

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2019

Figura 1 Diagrama de flujo de la elaboracioacuten de los

quesos panela enriquecidos con inulina y control

Anaacutelisis fisicoquiacutemicos de los quesos

enriquecidos con inulina y el control

Respecto a los anaacutelisis fisicoquiacutemicos del queso

control y los quesos con inulina el pH se

determinoacute de acuerdo a la N M X-F-099-1970

con un pH-metro marca Hanna Hi 98163 El

contenido de humedad se realizoacute concorde a la

NMX-F-083-1986 para pesar los crisoles se

utilizoacute la balanza analiacutetica marca AampD GR 200

El porcentaje de cenizas fue conforme a la

NMX-F-094-1984 de igual manera los crisoles

se pesaron en la balanza analiacutetica marca AampD

GR 200 El contenido de soacutelidos totales de los

quesos panela se calculoacute por diferencia del

contenido de humedad ST=100 - humedad

Finalmente el anaacutelisis de grasa en los quesos se

hizo de acuerdo a la NMX-F-100-1984

Anaacutelisis estadiacutestico

Se realizoacute el anaacutelisis de la varianza (ANOVA) de

una viacutea En caso de que existieran diferencias

significativas se aplicoacute el anaacutelisis de

comparacioacuten muacuteltiple Tukey (plt005)

Empleando el programa estadiacutestico Statgraphics

Centurion XV

Resultados

En la tabla 1 se presentan los resultados de los

anaacutelisis fisicoquiacutemicos de las muestras de queso

y del control

Queso

panela

Ph Humedad

()

Cenizas

()

Soacutelidos

totales

()

Grasa ()

1 de

inulina

638plusmn001

a

6210plusmn053

a

337plusmn085

a

3790plusmn053

b

367plusmn029

bc

2 de

inulina

646plusmn001

c

6280plusmn036

ab

334plusmn005

a

3720plusmn036

ab

400plusmn000

c

3 de

inulina

644plusmn001

bc

6304plusmn073

ab

344plusmn013

a

3696plusmn073

ab

350plusmn000

b

4 de

inulina

643plusmn001

b

6411plusmn032

b

331plusmn004

a

3589plusmn032

a

300plusmn000

a

Control 645plusmn001

bc

6143plusmn127

a

358plusmn017

a

3857plusmn127

b

400plusmn000

a

Tabla 11 Resultados de las propiedades fisicoquiacutemicas de

los quesos panela con inulina y control (media y

desviacioacuten estaacutendar)

Diferentes letras en minuacutescula dentro de

las columnas indican diferencian significativas

(Tukey p=005)

pH

En cuanto al pH de las muestras de queso estas

se mantuvieron entre 638 y 646 (Graacutefico 1)

encontraacutendose diferencias estadiacutesticamente

significativas (ple005) seguacuten el ANOVA Los

quesos enriquecidos con inulina y control

mostraron un pH maacutes alto en comparacioacuten con

la NMX-F-092-1970 la cual refiere que el pH de

los quesos procesados tipo 1 (quesos procesados

para rebanar o cortar) deben tener un maacuteximo de

6

Sin embargo los valores de pH de los

cinco quesos coinciden con los del estudio de

Ramiacuterez y Veacutelez (2012) en quesos panela de

Meacutexico los cuales se encuentran entre 56 y 64

Estos resultados no coinciden con el estudio del

efecto de la adicioacuten de cultivo laacutectico e inulina

en la elaboracioacuten y evaluacioacuten sensorial del

queso fresco bajo en grasa por Ramiacuterez y Ponce

en el 2014 donde el pH no se modificoacute al agregar

la inulina al queso ademaacutes es conveniente aclarar

que en esta investigacioacuten no se adicionoacute cultivo

laacutectico

Graacutefico 1 Media y desviacioacuten estaacutendar del pH de los

quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Recepcioacuten Anaacutelisis

organoleacutepticoFiltrar

Precalentar a 38degC

DescremarAnaacutelisis

fisicoquiacutemicos

Pasteurizar a 72deg C por 15

segundos

Enfriar a 38degC

Separarla en ollas

Agregar inulina cuajo

y calcio

Agitar mezcla

Reposar 20-30 min

Trabajo mecaacutenico con

lira

Reposar 5-10 min

Calentar cuajo a 38deg

CSalar

Moldeado en canastas

Voltear a los 20 min

Reposar 2 horas

Empacar

RefrigerarAnaacutelisis

fisicoquiacutemicos

63

64

64

65

65

1 2 3 4 Control

pH

bcc

a

bbc

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2019

Humedad

Con respecto al porcentaje de humedad ( Xw)

el graacutefico 2 muestra valores de 6143 a 6411

estando por encima de lo recomendado por la

NMX-F-092-1970 para quesos procesados tipo I

(valor maacuteximo 45 ) Por su parte Ramiacuterez y

Veacutelez (2012) obtuvieron valores de humedad del

orden de 532 y 583 en quesos panela Sin

embargo coincide en la investigacioacuten de

ldquoTextura y microestructura de quesos tipo

panela bajos en grasa y en colesterolrdquo por

Lobato Lozano y Vernon en el 2009 donde los

quesos panelas estuvieron en un rango de 605

a 669 Tambieacuten con la investigacioacuten de

Castro (2014) en la cual se adiciono un dextrano

a un queso de pasta hilada semigraso

observando que a mayor concentracioacuten del

dextrano el queso incrementaba su humedad

Concluyendo que cuando se antildeade mayor

cantidad de inulina aumenta el porcentaje de

humedad del queso panela esto concuerda con

el estudio de Monroy et al (2017) en el cual

elaboraron un queso anaacutelogo con proteiacutenas

exclusivas de lactosuero e inulina sus resultados

indicaron que el queso que conteniacutea prebioacutetico

tuvo mayor contenido de humedad La humedad

de los quesos puede deberse a que la inulina tiene

efectos sobre las propiedades reoloacutegicas del

queso principalmente por su capacidad de

retener agua y por su interaccioacuten sobre las

proteiacutenas (Ramiacuterez y Ponce 2014)

Graacutefico 2 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

humedad quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Cenizas

En relacioacuten al porcentaje de cenizas el queso

que tuvo el mayor contenido de fue el control no

obstante no se observaron diferencias

estadiacutesticamente significativas (Ple005) seguacuten el

ANOVA (graacutefico 3) En general el porcentaje de

cenizas en los cinco quesos estuvo dentro de los

liacutemites que la NMX-F-092-1970 establece

Asimismo estos valores coinciden con la

investigacioacuten por Urango en el 2012 en la

ldquoElaboracioacuten de un queso fresco semigraso

adicionado con fructooligosacaacuteridos (FOS)rdquo en

la cual el porcentaje de las muestras de queso

estuvo entre 307 y 369 No obstante fue mayor

en comparacioacuten del estudio en quesos frescos de

Ramiacuterez y Veacutelez en el 2012 debido a que se

agregoacute cloruro de calcio a la leche utilizada para

la elaboracioacuten de queso panela

Graacutefico 3 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

cenizas de quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Soacutelidos totals

En cuanto al porcentaje de soacutelidos totales

(graacutefico 4) se encontraron diferencias

estadiacutesticamente significativas (ple005) siendo

el control y el queso con 1 de inulina quienes

mostraron mayor de soacutelidos totales Los

valores no concuerdan con el estudio de Lopez

(2010) con un queso fresco en el cual su

promedio de solidos totales fue de 4020

Tampoco coincide con el porcentaje que marca

la NMX-F-092-1970 lo que puede estar

relacionado a la adicioacuten de la inulina

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 Control

X

w

ab aab ba

00

05

10

15

20

25

30

35

40

45

1 2 3 4 Control

d

e C

eniz

a

aaa a

a

49

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2019

Grafico 4 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

soacutelidos totales de los quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas

(Tukey p=005)

Grasa

Con respecto al contenido de grasa los valores

se encontraron en los rangos de 3 y 4

(graacutefico 5) Estos resultados no coinciden con el

estudio por Garciacutea y Navarrete en el 2013 en un

queso fresco que se le antildeadioacute lactobacillus

acydophylus y harina de maiacutez e inulina el queso

con mayor contenido de simbioacutetico tuvo el

menor porcentaje de grasa El bajo contenido de

grasa en el queso incluso en el control

concuerda con el estudio de Lobato Lozano y

Vernon (2009) en el cual la leche que conteniacutea

135 gL de grasa obtuvo un queso panela con

95 de grasa Por lo que se deduce que al tener

una leche con bajo contenido de grasa se obtiene

un queso descremado de acuerdo al CODEX

STANDARD 221-2001 Concluyendo que la

inulina no influyoacute en el contenido de grasa de los

quesos panela descremados

Graacutefico 5 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

grasa en los quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Agradecimiento

A la Universidad Autoacutenoma de Aguascalientes y

la Universidad Autoacutenoma de Zacatecas por sus

facilidades prestadas para realizar esta

investigacioacuten

Conclusiones

De acuerdo a los resultados obtenidos se observoacute

que la inulina modificoacute el pH humedad cenizas

y soacutelidos totales del queso panela descremado

desde concentraciones al 1

Recomendaciones

Cuantificar inulina y fibra soluble en futuras

investigaciones para indicar la cantidad de

inulina que es retenida por el queso

Utilizar leche entera para la elaboracioacuten

del queso panela con inulina para analizar si

disminuye el porcentaje de grasa

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33

34

35

36

37

38

39

40

41

1 2 3 4 Control

S

oacuteli

dos

Tota

les

a

ababb

b

000

050

100

150

200

250

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1 2 3 4 Control

G

rasa

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b

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AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO

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Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum

y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la

alimentacioacuten de ovinos

Inclusion of flour made from the fruits of Enterolobium Cyclocarpum and Brosimum

Alicastrum as an isocaloric and isoproteic supplement in sheep feed

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y

PIMIENTA-BARRIOS Enrique Universidad de Guadalajara Centro Universitario de Ciencias Bioloacutegicas y agropecuarias` (CUCBA)Camino Ramoacuten

Padilla Saacutenchez 2100 Nextipac 44600 Zapopan Jalisco

ID 1er Autor Alicia De Luna-Vega

ID 1er Coautor Mariacutea Luisa Garciacutea-Sahaguacuten

ID 2do Coautor Salvador Gonzaacutelez-Luna

ID 3er Coautor Enrique Pimienta-Barrios

DOI 1035429JCPE20191965261 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

El estudio se realizoacute en el municipio de Cabo Corrientes

localidad de Chacala donde se encuentran distribuidas las

especies en estudio en forma natural Se realizaron anaacutelisis

bromatoloacutegico del fruto de B alicastrum y E cyclocarpum como

alternativa para mejorar la produccioacuten animal al incrementar el

consumo de proteiacutena energiacutea y minerales en la dieta del ganado

Se realizoacute anaacutelisis bromatoloacutegico de proteiacutena cruda (PC)

extracto eteacutereo (EE) y extracto libre de nitroacutegeno (ELN) usando

el meacutetodo de Wendee (AOAC 1990) fibra detergente neutra

(FDN) fibra detergente aacutecida (FDA) celulosa hemicelulosa y

lignina (Van Soest y Wine 1967) con el equipo ANKOM

Calcio y foacutesforo por colorimetriacutea potasio mediante la teacutecnica

del flamoacutemetro (Van Soest 1979) magnesio azufre y cobre por

el meacutetodo de TMECC 0406 413 La calidad nutritiva se

analizoacute en materia seca cenizas grasa y fibra cruda Se obtuvo

diferencia significativa entre especies en proteiacutena (2290 vs

1088) fibra (724 vs 1318) y ELN donde el valor maacutes alto fue

para B alicastrum (6702) comparado con E cyclocarpum

(6045) La inclusioacuten de harina de los frutos de E cyclocarpum

y de B alicastrum en las raciones alimenticias de los ovinos

mejoroacute el consumo El aumento de peso y la conversioacuten

alimenticia fueron mejores con la inclusioacuten del 10 El valor

econoacutemico de las raciones alimenticias con la inclusioacuten de las

harinas de los frutos de E cyclocarpum y de B alicastrum fue

menor que el de la dieta testigo en ovinos estabulados lo que

permitioacute mantener su desarrollo con una disminucioacuten

significativa de los costos de produccioacuten

Aacuterboles Forrajeros Rumiantes Suplementacioacuten

Abstract

Study was performed in Chacala Cabo Corrientes where the

species in study are widely distribuited in a natural form

Bromatologic analisis of fruit of B alicastrum and E

Cyclocarpum were performed as an alternative to improve

animal production increasing protein consumption energy and

minerals on the livestock diet Bromatologic analysis was made

for crude protein (CP) etereum extract (EE) and nitrogen free

extract (NFE) with Wendee method (AOAC 1990) neutral

detergent fiber (NDF) acid detergent fiber (ADF) cellulose

hemicellulose and lignin (Van Soest and Wine 1967) with

ANKOM equipment Calcium and phosphorus for colorimetry

potasium with flamometer technique (Van Soest 1979)

magnesium sulphur and copper with TMECC 0406 413

method Nutritional quality was analized on dry matter ashes fat

and crude fiber Significative difference was obtained between

species on protein (2290 vs 1088) fiber (724 vs 1318) and

NFE were the higgest value was for B alicastrum (6702)

compared with E cyclocarpum (6045) Inclussion of fruit

flour from E cyclocarpum and B alicastrum on ovine alimentary

rations improvement consumption Weight increase and

alimentary convertion were better with the 10 inclussion

Economic value of alimentary rations with inclussion of fruit

flour of E cyclocarpum and B alicastrum was lower than

witness diet on stabuled ovine permiting maintain development

with significative decrease of production costs

Forage Trees Ruminants Supplementation

Citacioacuten DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e

isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 52-61

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico dva20851cucbaudgmx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

Entre las diferentes alternativas disponibles para

reducir el deterioro ambiental producido por el

auge expansionista de la ganaderiacutea tradicional

extensiva en el troacutepico mexicano se tiene la

implementacioacuten de praacutecticas de tipo

agroforestal que impulsa la integracioacuten de

aacuterboles y arbustos con la produccioacuten animal y

que podriacutea dar la pauta para el desarrollo de

sistemas de produccioacuten sustentable que no atente

contra el fraacutegil equilibrio ecoloacutegico del troacutepico

mexicano que incluso pudiera mejorar el

comportamiento animal como ganancia de peso

consumo de alimento y conversioacuten alimenticia

sin tener que depender de recursos externos

(Laker 1994)

Bajo la presioacuten de producir alimentos en

sistemas que mantengan estables su produccioacuten

y rentabilidad a largo plazo sin generar

inequidad social y preservando todos los

recursos naturales bajo el paradigma de la

sostenibilidad han cobrado especial importancia

el uso de aacuterboles forrajeros como fuente viable

para la alimentacioacuten animal y maacutes recientemente

el manejo de sistemas silvopastoriles que

integran el uso de pasturas aacuterboles y animales

con diferentes objetivos y estrategias de

produccioacuten (Giraldo 1996a)

En Meacutexico existe una gran variedad de

especies arboacutereas y arbustivas que tienen

potencial par a ser incorporadas en los sistemas

de produccioacuten en el troacutepico (Soto et al 1997)

los cuales podriacutean introducir elementos de

sostenibilidad en los sistemas actuales (Enkerlin

et al1997) al hacerlo menos dependiente de

insumos externos concentrados energeacuteticos y

proteicos que tienen que ser adquiridos a costos

elevados por los ganaderos (Laker 1994)

La explotacioacuten pecuaria intensiva

requiere de altas inversiones en las que el

alimento generalmente representa entre el 60 y

80 de los costos totales de produccioacuten (Bondi

1988) Los principios nutritivos son compuestos

quiacutemicos contenidos en los alimentos que

resultan necesarios para el mantenimiento la

reproduccioacuten produccioacuten y salud de los

animales Los maacutes importantes son agua

carbohidratos grasas proteiacutenas minerales y

vitaminas (Bondi 1988) Las proteiacutenas son

necesarias en la alimentacioacuten animal por las

numerosas funciones que desarrollan en el

organismo animal

Objetivo general

Por lo cual dentro de los objetivos del presente

trabajo es evaluar aspectos nutritivos del fruto de

estas especies arboacutereas para incorporarlas a los

sistemas de explotacioacuten pecuaria como una

alternativa para mejorar el rendimiento animal

al incrementarse el consumo de proteiacutena energiacutea

y minerales en la dieta del ganado a un costo

reducido

Objetivos particulares

1 Determinar la calidad nutritiva de la

harina de los frutos de E cyclocarpum y

B alicastrum (MO) proteiacutena cruda (PC)

fibra detergente neutra (FDN) fibra

detergente aacutecida (FDA) de los frutos de

E cyclocarpum y B alicastrum

2 Evaluar el comportamiento de ovinos al

incluir la harina de frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum en su dieta

alimenticia

3 Estimar el valor econoacutemico de las

raciones en estudio

Materiales y meacutetodos

Localizacioacuten

El estudio se realizoacute en el municipio de Cabo

Corrientes en la localidad de Chacala donde se

encuentran ampliamente distribuidas las

especies en estudio dentro de los tipos de

vegetacioacuten de selva mediana subcaducifolia La

Comunidad se ubica a 31 km al Noroeste de la

poblacioacuten de El Tuito cabecera municipal de

Cabo Corrientes Jal en las coordenadas

20deg10rsquo55rsquorsquo a los 20deg31rsquo00rsquorsquo de latitud norte y de

los 105deg10rsquo00rsquorsquo a los 105deg41rsquo25rsquorsquo de longitud

oeste El municipio limita al norte con el de

Puerto Vallarta y el Oceacuteano Paciacutefico al sur con

el de Tomatlaacuten al oriente con el de Talpa de

Allende y al poniente con el Oceacuteano Paciacutefico

Aspectos nutricionales de las especies en

estudio

La determinacioacuten de la composicioacuten quiacutemica de

los frutos se realizoacute en el laboratorio de nutricioacuten

animal del Departamento de Produccioacuten

Animal de la Divisioacuten de Ciencias Veterinarias

para medir las fracciones quiacutemicas de los frutos

por anaacutelisis bromatoloacutegico de proteiacutena cruda

(PC) extracto eteacutereo (EE) y extracto libre de

nitroacutegeno (ELN)) usando el meacutetodo de Wendee

(AOAC 1990)

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LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Se determinaron las fracciones de fibra

detergente neutra (FDN) fibra detergente aacutecida

(FDA) celulosa hemicelulosa y lignina (teacutecnica

de Van Soest y Wine 1967) con el equipo

ANKOM Minerales El calcio y foacutesforo fueron

analizados por meacutetodos colorimeacutetricos el

potasio se analizoacute mediante la teacutecnica del

flamoacutemetro (Van Soest 1979) magnesio azufre

y cobre por el metodo de TMECC 0406 413

Prueba de comportamiento Se llevoacute a cabo una

prueba de comportamiento con ovinos pelibuey

en la cual se evaluoacute el consumo de alimento

aumento de peso y conversioacuten alimenticia

ademaacutes de un anaacutelisis econoacutemico con

porcentajes de 10 y 20 de inclusioacuten de harina

de los frutos en estudio maacutes las dietas testigo

(0 de harina de frutos)

Tratamientos estudiados

El trabajo experimental consistioacute en evaluar tres

tratamientos con los porcentajes de inclusioacuten de

0 10 y 20 de harina de E cyclocarpum y de

B alicastrum en dietas isocaloacutericas e

isoproteacuteicas T1 T4 = 0 T2 T5 = 10 T3 T6 =

20 para cada una de las harinas de los frutos

arboacutereos Los ingredientes y anaacutelisis

bromatoloacutegicos de ingredientes y mezclas se

muestran en los Tablas del 1 al 3

Testigos E cyclocarpum B alicastrum

Ingredientes 10 20 10 20

Rastrojo de maiacutez 2700 5450 2700 5400 2700

Alfalfa 1200 - 1 740 - 1320

Trigo 2200 - 480 - 480

Sorgo 2000 1700 1500 1500 1500

Melaza 1210 1000 1000 1000 1000

Harina de pescado 200 320 100 570 520

E cyclocarpum - 1000 2000 - -

B alicastrum - - - 1000 2000

Roca fosfoacuterica 100 100 100 100 100

Carbonato de calcio 100 100 100 100 100

Vitaminas 025 025 025 025 025

Minerales 005 005 005 005 005

Sal 100 100 100 100 100

Urea 160 200 150 200 150

Totales 10000 10000 10000 10000 10000

Tabla 1 Porcentajes de E cyclocarpum y B alicastrum e

ingredientes utilizados en cada tratamiento por dieta

Alfalfa Trigo Sorgo H pescado Ecyclocarpum Balicastrum

Humedad 104 103 95 75 387 203

Cenizas 120 34 23 151 425 525

Proteiacutena 211 11 107 641 229 1088

Grasa 15 14 32 104 129 107

Fibra 165 30 28 00 724 1318

ELN 376 709 714 29 6045 6702

Materia seca 896 897 905 925 9613 9797

M Orgaacutenica 880 9660 977 849 9575 9448

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Tabla 2 Anaacutelisis bromatoloacutegico de los ingredientes

incluidos en los tratamientos de la harina de frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum reportado en

Testigos E cyclocarpum B alicastrum

Concepto 0 10 20 10 20

Humedad 1050 1000 1030 1051 1120

Cenizas 1060 1010 1015 1031 1030

Proteiacutena 1590 1540 1543 1546 1543

Grasa 140 140 145 120 100

Fibra 1060 1010 1518 1029 1030

ELN 5100 5300 4749 5223 5177

Materia seca 8950 9000 8970 8949 8880

Materia orgaacutenica 8940 8990 8985 8969 8970

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Tabla 3 Anaacutelisis bromatoloacutegico de los tratamientos

estudiados

Materiales utilizados

En la presente investigacioacuten se utilizoacute una nave

para ovinos con una dimensioacuten de 10 m de ancho

por 40 m de largo con techo de laacutemina aislante

piso de cemento con las ventanas hacia el norte

y hacia el sur el enjarre es de cemento pintado

de blanco

En esta nave se lotificaron 24 corrales de

dos metros de ancho x tres de largo cada uno

separado con tubos de fierro con un diaacutemetro de

tres pulgadas Para el suministro de agua y

alimento se utilizaron comederos y bebederos de

plaacutestico Se dispuso de dos baacutesculas de

precisioacuten una con capacidad de 2600 kg para

pesar los minerales y la otra de 120 kg para pesar

los ovinos y los ingredientes de los tratamientos

asiacute como un molino de martillos con una criba

de dos mm y una revolvedora horizontal para

moler y mezclar los ingredientes de cada racioacuten

Se utilizaron un total de 72 ovinos de la raza

Pelibuey con un peso promedio de 25 kg

vacunada y desparasitados interna y

externamente

Procedimiento experimental

Los frutos de E cyclocarpum y B alicastrum

fueron secados al sol durante ocho diacuteas

consecutivos y despueacutes molidos en un molino de

martillo la mezcla de los ingredientes se hizo en

una revolvedora horizontal Un total de seis

tratamientos con cuatro repeticiones (tres

animales por repeticioacuten y 24 por tratamiento)

fueron estudiados bajo un disentildeo experimental

de bloques al azar boqueado por el peso de los

animales en ligeros (l) n= 12 con un peso

promedio de 24 kg medianos (m) n= 12 peso

promedio 25 kg y pesados (p) n= 12 peso

promedio 26 kg El peso promedio de los

animales por tratamiento fue de 25kg

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LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Cada animal se aretoacute con un nuacutemero

progresivo despueacutes fueron distribuidos en los

diferentes tratamientos Se desparasitoacute con

ivermectina (Ivomec) y se vacunoacute contra las

enfermedades maacutes comunes en la zona

(septicemia hemorraacutegica carboacuten sintomaacutetico y

edema maligno) aplicando Bacterina Triple y

contra Aacutentrax Despueacutes de distribuidos los

animales se les dio agua para evitar la

deshidratacioacuten Tuvieron un periodo de 8 diacuteas de

adaptacioacuten para las nuevas dietas en estudio

El experimento tuvo una duracioacuten de 72

diacuteas durante el cual se registraron las siguientes

mediciones

a Ganancia peso Los animales se pesaron

al inicio del experimento y despueacutes a

intervalos regulares cada 14 diacuteas con un

ayuno previo de 24 horas de alimento y

agua Las ganancias de peso catorcenal

se obtuvieron por diferencia entre dos

pesadas consecutivas

b Consumo de alimento El agua fue

ofrecida ad libitum El alimento se

pesaba y se ofreciacutea el 50 a las 9 de la

mantildeana y 50 a las 6 de la tarde al diacutea

siguiente a las 8 de la mantildeana se

recolectaban el alimento rechazado se

pesaba y por diferencia se sacoacute el

consumo diario

Los paraacutemetros a medir fueron

ndash Peso diario de alimento proporcionado a

los ovinos

ndash Peso del alimento rechazado diariamente

ndash Peso corporal de los ovinos

catorcenalmente despueacutes de una dieta de

24 horas y anaacutelisis econoacutemico de las

raciones

ndash Los paraacutemetros indirectos fueron

ndash Kg de alimento consumido por diacutea

ndash Ganancia media diaria de peso

ndash Conversioacuten alimenticia

Disentildeo experimental

El experimento se desarrolloacute bajo un disentildeo de

bloques al azar bloqueado por el peso de los

animales en ligero (l) mediano (m) y pesado (p)

El modelo estadiacutestico utilizado fue Yij + M +

Ti + Bj + TiBj

Doacutende

Yij = Variable de respuesta

M = Media ponderada

Ti = Efecto de tratamiento i-esimo

Bj = Efecto del bloque j-iesimo

Ti Bj = Interaccioacuten entre tratamiento i-esimo y

bloque j-iesim

Variables bajo estudio

Ganancia de peso

Consumo de alimento

Conversioacuten alimenticia

Los resultados fueron analizados

mediante ANOVA Utilizando los

procedimientos del paquete estadiacutestico

STATISCA 60 se hizo la comparacioacuten de

medias con la prueba de Tukey (Plt005)

Resultados y discusioacuten

Aspectos nutricionales de las especies

arboacutereas en estudio

La calidad nutritiva en cuanto a MS PC MO

ELN humedad cenizas grasa y fibra cruda La

uacutenica diferencia significativa encontrada entre

las especies en estudio correspondioacute a la proteiacutena

(2290 vs 1088) fibra (724 vs 1318) y

elementos libres de nitroacutegeno (ELN) (6045 vs

6702) (Tabla 4)

ELN estaacute representado principalmente

por los azuacutecares solubles de muy faacutecil digestioacuten

EL valor maacutes alto fue B alicastrum (6702)

comparado con el E cyclocarpum (6045)

El ELN en estos frutos es de suma

importancia para el balance de energiacutea y proteiacutena

en el rumen ya que representa una fuente de

energiacutea faacutecilmente fermentable la cual es

aprovechada raacutepidamente por la flora

microbiana para todos los procesos de siacutentesis

Corroborando lo publicado por Bondi 1988 con

el contenido de ELN de estos frutos estamos

proporcionando a los rumiantes un fuente de

energiacutea para la flora microbiana que esta a su

vez proporcionaraacute al animal mayor capacidad

de digestioacuten y aprovechamiento de los

nutrientes

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LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Determinacioacuten E

cyclocarpum

B

alicastrum

Humedad 387 203

Cenizas 425 552

Proteiacutena 2290 1088

Grasa 129 107

Fibra 724 1318

ELN 6045 6702

Materia seca 9613 9797

FDN 3458 1937

FDA 3128 1725

Lignina 2566 1225

Celulosa 526 425

Hemicelulosa 330 287

Nitroacutegeno 366 174

Foacutesforo 030 020

Potasio 086 100

Calcio 027 020

Magnesio 078 076

Azufre 022 024

Cobre ppm 556 552

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Fibra detergente neutro (FDN) fibra detergente aacutecida

(FDA)

Tabla 4 Anaacutelisis quiacutemico proximal de la harina de los

frutos de E cyclocarpum y B alicastrum reportados en

porcentaje

El contenido de proteiacutena cruda (PC)

obtenido en B alicastrum (1088) resulto maacutes

bajo de lo esperado comparado con otras

investigaciones entre ellos Sosa et al 2004

(1381) Palma 2006 (1304) sentildealaron que

la proteiacutena variacutea del 12 al 20 sin embargo

Carranza et al 2003 que reportaron 865 y

968 valores maacutes bajos encontrados en este

trabajo Para el E cyclocarpum (Carranza et al

2003 Cecconello et a 2003) reportaron 1828

y 1410 teniendo una variacioacuten con los valores

reportados por parte de Aacutelvarez et al 2003

reportoacute en PC 172 Palma en el 2006 encontroacute

el 1549 valores maacutes bajos a los encontrados

en este trabajo

Esta variacioacuten se puede deber que estos

autores sus investigaciones fueron realizados en

diferente estados y diferentes eacutepocas Por su

parte Barrientos (2006) reportoacute para la harina

del fruto E cyclocarpum valores de 2792 de

proteiacutena en Tomatlaacuten de 1944 en la Cruz de

Huanacaxtle 3179 en Autlaacuten 2285 en la

Huerta todos en el estado de Jalisco En general

en estas discrepancias pueden influir las

condiciones edafoloacutegicas del sitio y diferentes

periacuteodos de estudio

Fracciones de fibra de la harina de los frutos

de E cyclocarpum y B alicastrum

Con relacioacuten a las fracciones de fibra para las

diferentes harinas de los frutos en estudio se

muestran en el Tabla 4 Los contenidos de fibra

total expresados como FDA y FDN para E

cyclocarpum variaron entre 3128 y 3458 y

para B alicastrum 1725 1937

concernientemente lo cual puede indicar que la

disponibilidad de nutrientes en los frutos

completos es variable dependiendo del nivel de

fibra presente

El promedio de FDN y FDA para E

cyclocarpum son superiores a los reportados por

Cecconello et al 2003 (2753 199) y Sosa et

al 2004 (4120 y 2483) Estos valores son

muy parecidos a los reportados por Febles et

al (1999) donde los estimaciones son FDN

415 FDA 298 lignina (lig) 58 celulosa (cel)

225 y hemicelulosa (hemi) 117 Es posible

que la diferencia encontrada con estos autores se

deba a que estos frutos fueron evaluados en

diferente paiacutes por lo tanto diferentes

condiciones climaacuteticas y edafoloacutegicas

Dentro de los trabajos realizados con

frutos de B alicastrum se encuentran los de

Lizarraga et al 2001 Sosa et al 2004 los

cuales reportaron valores de 375 285 6750

4710 615 40 y 4348 en FDN y FDA por

su parte Delgado et al (2000) reportaron los

siguientes valores (FDN 558 FDA 358 lig 83

cel 25 y hemi 20) valores muy superiores a los

encontrados en este trabajo

Contenido de minerales de la harina de los

frutos de las arboacutereas en estudio

El contenido de minerales de la harina de E

cyclocarpum y B alicastrum se observan en el

Tabla iquest4 donde el potasio se encuentra en mayor

porcentaje en el fruto de B alicastrum con 100

con respecto a la harina de E cyclocarpum

(086) sin embargo nitroacutegeno (N) (366) se

encuentra en mayor cantidad en la harina de E

cyclocarpum Delgado et al (2000) sentildealaron

que el E cyclocarpum contiene el uno porciento

de foacutesforo y calcio Sin embargo Carranza et al

(2003) y Sosa et al (2004) encontraron los

valores de 09 451 117 19 ppm para estos

mismos minerales

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suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

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En un trabajo publicado por Cecconello

et al (2003) reportaron valores de 226 029

036 077 023 y 555 ppm para nitrogeno

foacutesforo calcio magnesio (Mg) azufre (S) y

cobre (Cu) Son valores muy similares a los

reportados en este trabajo con la diferencia de

que ellos evaluaron en Venezuela Por su parte

Romaacuten et al (2004) publicaron los siguientes

resultados 245 de N 117 19 029 ppm de P

K y Calcio Barrientos (2006) reportoacute para la

harina del fruto completo de E cyclocarpum

valores de 221 159 081 032 019 027

0052 y 0034 de N Ca K Mg sodio (Na) P

Cu y fierro en la localidad de Tomatlaacuten Jalisco

Destacandose el N (366) de los reportados

por los otros autores Para B alicastrum

Carranza et al (2003) reportaron 014 y 267

de foacutesforo y calcio Romaacuten et al (2004)

encontraron 154 de N 4 20 065 ppm de P

K y Ca respectivamente Los valores reportados

por estos autores son similares a los obtenidos en

este trabajo las diferencias pueden ser por la

calidad del sitio y antildeo de observacioacuten

Prueba de comportamiento

El consumo de alimento diario para el

tratamiento de las dietas testigo la inclusioacuten del

10 y el 20 de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum no se encontroacute

diferencia significativa (Pgt005) entre los

tratamientos al realizar el anaacutelisis de varianza

La inclusioacuten de los diferentes niveles de harina

de E cyclocarpum y B alicastrum no modificoacute

explicativamente el consumo de alimento con

respecto a la racioacuten testigo Estos datos se

pueden observar maacutes objetivamente en el Tabla

5

Tratamientos E cyclocarpum

(g)

B alicastrum

(g)

T1 y T4 289a 292b

T2 y T5 291a 294ordf

T3 y T6 297a 301ordf

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de inclusioacuten

No hay diferencia significativa entre tratamientos

(Plt005)

Tabla 5 Consumo de alimento diario para los ovinos en

los seis tratamientos

Auacuten el no existir diferencias estadiacutesticas

en el consumo de las diferentes raciones en

estudio los resultados mostraron una tendencia

positiva entre el consumo y el nivel de inclusioacuten

de harina de E cyclocarpum y B alicastrum en

la dieta

Esta tendencia difiere con los resultados

obtenidos por Gonzaacutelez et al (1989) quienes

encontraron un menor consumo de materia seca

al comparar un nivel de inclusioacuten de 311 en

contra de 0 y 155 de E cyclocarpum

Gonzaacutelez et al (1989) y Amaro et al (1993)

sentildealan que el maacuteximo consumo voluntario de

materia seca se encontroacute en los niveles de

inclusioacuten del 31 y el 48 en tanto que Bonilla

(1999) indicoacute que el consumo voluntario

aumento conforme se incrementoacute la inclusioacuten de

la harina de E cyclocarpum en la dieta de 40 a

61 Los resultados anteriores mostraron una

gran variacioacuten entre la relacioacuten que guardan el

nivel de inclusioacuten de la harina de los frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum y el consumo de

alimento de las diferentes raciones este

fenoacutemeno pudiera estar explicado por los

diferentes tiempos de secado del fruto y de

almacenado de la harina referidos por los

distintos autores

En este estudio el fruto fue secado al sol

durante 10 diacuteas por espacio de ocho horas el

fruto fue molido y ofertado a los animales con un

periodo de acopio de seis meses mientras que

Peacuterez y Zapata (1993) utilizaron ocho diacuteas de

exposicioacuten y un periacuteodo corto de almacenaje en

tanto Alvarez et al (2003) utilizaron la harina

de E cyclocarpum despueacutes de un antildeo de

almacenaje Este periodo de almacenaje pudo

influir en algunas de las caracteriacutesticas

organoleacutepticas del alimento modificando su

consumo tanto en el E cyclocarpum como el B

alicastrum

Aumento de peso

En cuanto al aumento de peso diario para los

diferentes tratamientos se observoacute diferencias

significativas (Plt005)

Tratamientos E cyclocarpum

(g)

B alicastrum

(g)

T1 y T4 242a 230a

T2 y T5 220a 238a

T3 y T6 167b 198b

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de inclusioacuten

Letras diferentes en lineas indican diferencia significativa

(Plt005)

Tabla 6 Aumento de peso diario de los ovinos en los

diferentes tratamientos

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Los resultados de Gonzaacutelez et al (1989)

mencionaron ganancias de peso diario de 96 a

102 g con niveles de inclusioacuten de 15 y 30 de

harina de E cyclocarpum en raciones basadas

en 73 y 63 de rastrojo de maiacutez

respectivamente Peacuterez et al (1991)

encontraron 101 y 141 g de aumento de peso con

inclusiones de 10 y 20 de la harina cuando

proporcionaron 40 de rastrojo de maiacutez y 20

de sorgo con animales criollos y de un peso

inicial de 22 kg Bonilla (1999) reportoacute que

cuando se utilizaron niveles de 12 y 24 de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum en una

dieta con un contenido de 40 de rastrojo de

maiacutez y 14 de grano de sorgo obtuvo un

aumento de peso de 127 gdiacutea

Aacutelvarez et al (2003) en un trabajo

realizado con harina de E cyclocarpum y

gallinaza con inclusiones del 15 y el 30 obtuvo

una ganancia de peso diaria de 86 y 74 g Por

otro lado Peralta et al (2004) reporta 168 160

y 125 g de aumento de peso con niveles de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum de 10 20

y 30 Como podemos observar en este trabajo

los aumentos de peso fueron superiores a los

reportados por otros autores mientras que las

tablas de nutricioacuten (NRC 1996) recomienda el

16 de proteiacutena para animales confinados de

razas especializadas con un promedio de 20 a 25

kg de peso y para ganancia de peso de 250 y 300

g por diacutea valores muy similares a los obtenidos

en este trabajo

Conversioacuten alimenticia En la conversioacuten

alimenticia se observan diferencias

significativas (Plt005) para el tratamiento de la

inclusioacuten del 20 de harina de E cyclocarpum

y de B alicastrum en relacioacuten con los demaacutes

tratamientos (Tabla 7)

Tratamientos E

cyclocarpum

(kg)

B

alicastrum

(kg)

T1 y T4 613b 1 651b 1

T2 y T5 678b 1 636b 1

T3 y T6 705a 1 781a 1

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de

inclusioacuten

Tabla 7 Conversioacuten alimenticia para los ovinos en los

diferentes tratamientos

Letras diferentes en columnas hay

diferencia significativa (Plt005)

La conversioacuten alimenticia de los

animales en todos los tratamientos con inclusioacuten

de harina de fruto de E cyclocarpum fue mejor

a la encontrada por Bonilla (1999) quien al

utilizar una inclusioacuten de 48 en la racioacuten obtuvo

una conversioacuten alimenticia de 81 (es decir que

necesita ocho unidades de alimento para

producir una de carne)

Por otro lado Aacutelvarez et al (2003)

utilizando 30 de harina de E cyclocarpum y

hasta un 20 de rastrojo de maiacutez en la dieta

obtuvo una conversioacuten de 7471

Peralta et al (2004) en un trabajo

realizado con ovinos estabulados y utilizando la

inclusioacuten de 10 20 y 30 de E cyclocarpum

encontroacute que la conversioacuten alimenticia fue

estadiacutesticamente similar para todos los

tratamientos (471 391 y 471) superior al

encontrado en esta investigacioacuten

Finalmente Peacuterez et al 1991

mencionaron que con la inclusioacuten de 20 de

harina de frutos de E cyclocarpum se consiguioacute

la mayor conversioacuten alimenticia (698) y el

menor costo de produccioacuten por concepto de

alimentacioacuten ($220) resultando similar al

encontrado en este trabajo

El costo estimado de alimento por kilogramo

de carne producida

Para los tratamientos estudiados en ovinos en

estabulacioacuten lo podemos observar en el (Tabla

8) el costo maacutes bajo correspondioacute a la inclusioacuten

del 10 de E cyclocarpum y el maacutes alto para

la dieta testigo Los costos de la alimentacioacuten

decrecieron en un 14 a un 26 por kg de carne

producida comparado con la racioacuten testigo

(Tabla 8)

Se calculoacute el costo por kilogramo de la

harina de los frutos de E cyclocarpum y de B

alicastrum considerando el salario miacutenimo de la

localidad aplicado a mano de obra para

recoleccioacuten molienda e integracioacuten a los

tratamientos estudiados

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Testigo Ecyclocarpum B alicastrum Costokg

de

ingrediente

Ingredientes 10 20 10 20

Rastrojo de maiacutez

2700 5450 2700 5450 2700 165

Alfalfa 1200 - 1 740 - 1320 255

Trigo 2200 - 480 - 480 285

Sorgo 2000 1700 1500 1500 1500 235

Melaza 1450 1000 1000 1000 1000 200

Harina de

pescado

200 320 100 550 520 800

Harina de frutos - 1000 2000 10 20 200

Roca fosfoacuterica 100 100 100 100 100 140

Carbonato de calcio

100 100 100 100 100 380

Vitaminas 025 025 025 025 025 900

Minerales 005 005 005 005 005 095

Sal 100 100 100 100 100 145

Urea 160 200 150 200 150 430

Totales 10000 10000 10000 10000 10000

Costokg de

Alimento

245 213 221 242 244

Tabla 8 Porcentaje de los Ingredientes de las raciones en

estudio

Tratamientos Conversioacuten

alimenticia

Costo por

kg de

racioacuten

Costo alimento

kg de carne

producido

E cyclocarpum

T1 636a 1 280 1780

T2 678a 1 229 1552

T3 705b 1 181 1276

B alicastrum

T4 651a 1 280 1823

T5 613a 1 235 1441

T6 781b 1 204 1593

A b c literal diferente por columna indica diferencia

estadiacutestica (Plt005)

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de

inclusioacuten

Tabla 9 Conversioacuten alimenticia y costo estimado en los

diferentes tratamientos en ovinos en estabulacioacuten

El costo del kilogramo de carne

producida el maacutes bajo correspondioacute al 10 de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum aunque

este tratamiento no fue el mejor en cuanto a

consumo de alimento y conversioacuten alimenticia

esto se puede deber a que la fuente proteica de la

racioacuten es la de mayor costo y con esta inclusioacuten

del 10 se bajan los costos de produccioacuten

Peralta et al (2003) mencionaron que el costo

de alimento por carne producida en ovinos en

estabulacioacuten para la dieta testigo fue de $1076

en las inclusiones del 10 20 y 30 de harina de

frutos de E cyclocarpum fue de 935 721 y

837 respectivamente sus costos fueron menores

a los encontrados en este trabajo este fenoacutemenos

se puede deber a que no le asignaron un costo a

la harina de los frutos o que la fecha de la

investigacioacuten fue tres antildeos anteriores a este

trabajo porque los costos de los insumos

aumentan considerablemente antildeo con antildeo

Conclusiones

La inclusioacuten de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum en las raciones

alimenticias de los ovinos mejoroacute el consumo

El consumo de alimento fue mejor con la

inclusioacuten del 10 de B alicastrum La

conversioacuten alimenticia y el aumento de peso fue

mejor para la dieta testigo T1

El valor econoacutemico de la racioacuten

alimenticia con la inclusioacuten de las harina de los

frutos de E cyclocarpum el mejor fue con el

10 como sustituto de una fuente proteica en

ovinos estabulados lo que permitioacute mantener su

desarrollo con una disminucioacuten significativa de

los costos de produccioacuten Hay que considerar

que el costo se calculoacute con el de la mano de obra

local y no puede aplicarse a nivel nacional o

internacional

La inclusioacuten de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum en la

alimentacioacuten de rumiantes es una alternativa

teacutecnicamente viable dependiendo del nivel de

inclusioacuten la distancia y los costos de transporte

a las plantas de produccioacuten

la respuesta productiva encontrada en los

ovinos suplementados con frutos de leguminosas

arboacutereas estaacute asociada principalmente con

aumento en el consumo voluntario de materia

seca y energiacutea digestible mayor flujo de

proteiacutena microbial al duodeno y un mejor

balance entre nutrientes gluco y cetogeacutenicos

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alimentos de ovinos Memorias del Segundo

Congreso Nacional de Produccioacuten Ovina San

Luis Potosiacute Mexico pp 113 ndash 115

Laker MW 1994 Where is the beef

Incorporating cattle into sustainable agroforestry

systems in the Amazon Basin Agroforestry

Systems 25 pp 227-241

Lizarraga S H Solorio S FJ Sandoval C

CA 2001 Evaluacioacuten agronoacutemica de especies

arboacutereas para la produccioacuten de forraje en la

Peninsula de Yucataacuten Livestock Research for

Rural Development 13(6)2001 pp 1 ndash 9

National Reserarch Council (1996) Nutrient

requirements of dairy cattle Sixth edition p 34

Palma JM 2006 Los sitemas silvopastoriles en

el troacutepico seco mexicano Arch Latinoam Prod

Anim 2006 14 (3) pp 95 - 104

Peralta N Palma JM Macedo R 2004

Efectos de diferentes niveles de inclusioacuten de

parota (Enterolobium cyclocarpum) en el

desarrollo de ovinos en estabulacioacuten FMVZ

Universidad de Colima Tecomaacuten Colima p 3

Peacuterez E Perezgrovas R y Sosa R 1991

Utilizacioacuten de frutos de guanacaste (E

cyclocarpum Jacq Griseb) como fuente de

proteina en la alimentacioacuten de borregos

Memorias del Cuarto Congreso Nacional de

Produccioacuten Ovina Chiapas Mexico pp 10 - 11

Peacuterez RJ y Zapata BG 1993 Utilizacioacuten de

ramoacuten Brosimun alicastrum en alimentacioacuten de

ovinos en crecimiento In Reunion Nacional de

Investigacioacuten Pecuaria (Puerto Vallarta Mex)

Memorias SNT p 157

61

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 52-61

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-

LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Romaacuten LM Mora S A Gallegos R A 2004

Especies arboreas de la costa de Jalisco Mexico

utilizadas como forraje en sistemas

silvopastoriles Scientia - CUCBA 6(1-2) 3 -

112004 p 10

Sosa R EE Perez R D Ortega R L Zapata

B G 2004 Evaluacioacuten del potencial forrajero

de aacuterboles y arbustos tropicales para la

alimentacioacuten de ovinos Tec Pecu Mex

200442 (2) pp 129 - 144

Sotelo A Contreras E and FloresS 1997

Nutritional value and content of antinutritional

compounds and toxics in ten wild legumes of

Yucatan Peninsula Plant Foods for Human

Nutrition pp 115-123

Van Soest P y R Wine 1967 Uses of detergent

in the analysis of fibrous forages IV

Determination of plant cell-wall constituents J

Assoc Off Anal Chem 50 pp 50-55

Van Soest PJ 1979 Physico-chemical aspects

of fibre digestion In Digestion and metabolism

in the ruminant (eds I W McDonald and A C

I Warner) p 351-356

Instrucciones para la Publicacioacuten Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten

[Tiacutetulo en Times New Roman y Negritas No 14 en Espantildeol e Ingleacutes]

Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 1er Autordagger Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre

del 1er Coautor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 2do Coautor y Apellidos (EN

MAYUSCULAS) Nombre del 3er Coautor

Institucioacuten de Afiliacioacuten del Autor incluyendo dependencia (en Times New Roman No10 y Cursiva)

International Identification of Science - Technology and Innovation

ID 1er Autor (ORC ID - Researcher ID Thomson arXiv Author ID - PubMed Autor ID - Open ID) y CVU 1er Autor (Becario-

PNPC o SNI-CONACYT) (No10 Times New Roman)

ID 1er Coautor (ORC ID - Researcher ID Thomson arXiv Author ID - PubMed Autor ID - Open ID) y CVU 1er Coautor

(Becario-PNPC o SNI-CONACYT) (No10 Times New Roman)

ID 2do Coautor (ORC ID - Researcher ID Thomson arXiv Author ID - PubMed Autor ID - Open ID) y CVU 2do Coautor

(Becario-PNPC o SNI-CONACYT) (No10 Times New Roman)

ID 3er Coautor (ORC ID - Researcher ID Thomson arXiv Author ID - PubMed Autor ID - Open ID) y CVU 3er Coautor

(Becario-PNPC o SNI-CONACYT) (No10 Times New Roman)

(Indicar Fecha de Enviacuteo Mes Diacutea Antildeo) Aceptado (Indicar Fecha de Aceptacioacuten Uso Exclusivo de ECORFAN)

Resumen (En Espantildeol 150-200 palabras)

Objetivos

Metodologiacutea

Contribucioacuten

Indicar 3 palabras clave en Times New Roman y

Negritas No 10 (En Espantildeol)

Resumen (En Ingleacutes 150-200 palabras)

Objetivos

Metodologiacutea

Contribucioacuten

Indicar 3 palabras clave en Times New Roman y

Negritas No 10 (En Ingleacutes)

Citacioacuten Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 1er Autor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 1er

Coautor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 2do Coautor y Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 3er

Coautor Tiacutetulo del Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica Antildeo 1-1 1-11 (Times New Roman No 10)

Correspondencia del Autor (ejemploejemploorg)

dagger Investigador contribuyendo como primer autor

ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 1er Autor Apellidos (EN

MAYUSCULAS) Nombre del 1er Coautor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 2do Coautor y Apellidos (EN

MAYUSCULAS) Nombre del 3er Coautor Tiacutetulo del Artiacuteculo Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica Antildeo (Times New Roman No8)

Introduccioacuten

Texto redactado en Times New Roman No12

espacio sencillo

Explicacioacuten del tema en general y explicar

porque es importante

iquestCuaacutel es su valor agregado respecto de las demaacutes

teacutecnicas

Enfocar claramente cada una de sus

caracteriacutesticas

Explicar con claridad el problema a solucionar y

la hipoacutetesis central

Explicacioacuten de las secciones del Artiacuteculo

Desarrollo de Secciones y Apartados del

Artiacuteculo con numeracioacuten subsecuente

[Tiacutetulo en Times New Roman No12 espacio

sencillo y Negrita]

Desarrollo de Artiacuteculos en Times New Roman

No12 espacio sencillo

Inclusioacuten de Graacuteficos Figuras y Tablas-

Editables

En el contenido del Artiacuteculo todo graacutefico tabla

y figura debe ser editable en formatos que

permitan modificar tamantildeo tipo y nuacutemero de

letra a efectos de edicioacuten estas deberaacuten estar en

alta calidad no pixeladas y deben ser notables

aun reduciendo la imagen a escala

[Indicando el tiacutetulo en la parte inferior con Times

New Roman No 10 y Negrita]

Graacutefico 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Figura 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Tabla 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Cada Artiacuteculo deberaacute presentar de manera

separada en 3 Carpetas a) Figuras b) Graacuteficos

y c) Tablas en formato JPG indicando el

nuacutemero en Negrita y el Titulo secuencial

Para el uso de Ecuaciones sentildealar de la

siguiente forma

Yij = α + sum βhXhijrh=1 + uj + eij

(1)

Deberaacuten ser editables y con numeracioacuten alineada

en el extremo derecho

Metodologiacutea a desarrollar

Dar el significado de las variables en redaccioacuten

lineal y es importante la comparacioacuten de los

criterios usados

Resultados

Los resultados deberaacuten ser por seccioacuten del

Artiacuteculo

Anexos

Tablas y fuentes adecuadas

Agradecimiento

Indicar si fueron financiados por alguna

Institucioacuten Universidad o Empresa

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ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 1er Autor Apellidos (EN

MAYUSCULAS) Nombre del 1er Coautor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 2do Coautor y Apellidos (EN

MAYUSCULAS) Nombre del 3er Coautor Tiacutetulo del Artiacuteculo Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica Antildeo (Times New Roman No8)

Conclusiones

Explicar con claridad los resultados obtenidos y

las posibilidades de mejora

Referencias

Utilizar sistema APA No deben estar

numerados tampoco con vintildeetas sin embargo

en caso necesario de numerar seraacute porque se

hace referencia o mencioacuten en alguna parte del

Artiacuteculo

Utilizar Alfabeto Romano todas las

referencias que ha utilizado deben estar en el

Alfabeto romano incluso si usted ha citado un

Artiacuteculo libro en cualquiera de los idiomas

oficiales de la Organizacioacuten de las Naciones

Unidas (Ingleacutes Franceacutes Alemaacuten Chino Ruso

Portugueacutes Italiano Espantildeol Aacuterabe) debe

escribir la referencia en escritura romana y no en

cualquiera de los idiomas oficiales

Ficha Teacutecnica

Cada Artiacuteculo deberaacute presentar un documento

Word (docx)

Nombre de la Revista

Tiacutetulo del Artiacuteculo

Abstract

Keywords

Secciones del Artiacuteculo por ejemplo

1 Introduccioacuten

2 Descripcioacuten del meacutetodo

3 Anaacutelisis a partir de la regresioacuten por curva de

demanda

4 Resultados

5 Agradecimiento

6 Conclusiones

7 Referencias

Nombre de Autor (es)

Correo Electroacutenico de Correspondencia al Autor Referencias

Requerimientos de Propiedad Intelectual

para su edicioacuten

Firma Autoacutegrafa en Color Azul del Formato de

Originalidad del Autor y Coautores

Firma Autoacutegrafa en Color Azul del Formato de

Aceptacioacuten del Autor y Coautores

Reserva a la Poliacutetica Editorial

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica se reserva el derecho de hacer los cambios editoriales requeridos

para adecuar los Artiacuteculos a la Poliacutetica Editorial del Research Journal Una vez aceptado el Artiacuteculo en

su versioacuten final el Research Journal enviaraacute al autor las pruebas para su revisioacuten ECORFANreg

uacutenicamente aceptaraacute la correccioacuten de erratas y errores u omisiones provenientes del proceso de edicioacuten

de la revista reservaacutendose en su totalidad los derechos de autor y difusioacuten de contenido No se aceptaraacuten

supresiones sustituciones o antildeadidos que alteren la formacioacuten del Artiacuteculo

Coacutedigo de Eacutetica ndash Buenas Praacutecticas y Declaratoria de Solucioacuten a Conflictos Editoriales

Declaracioacuten de Originalidad y caraacutecter ineacutedito del Artiacuteculo de Autoriacutea sobre la obtencioacuten de

datos e interpretacioacuten de resultados Agradecimientos Conflicto de intereses Cesioacuten de derechos

y distribucioacuten

La Direccioacuten de ECORFAN-Meacutexico SC reivindica a los Autores de Artiacuteculos que su contenido debe

ser original ineacutedito y de contenido Cientiacutefico Tecnoloacutegico y de Innovacioacuten para someterlo a evaluacioacuten

Los Autores firmantes del Artiacuteculo deben ser los mismos que han contribuido a su concepcioacuten

realizacioacuten y desarrollo asiacute como a la obtencioacuten de los datos la interpretacioacuten de los resultados su

redaccioacuten y revisioacuten El Autor de correspondencia del Artiacuteculo propuesto requisitara el formulario que

sigue a continuacioacuten

Tiacutetulo del Artiacuteculo

ndash El enviacuteo de un Artiacuteculo a Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica emana el compromiso del autor de

no someterlo de manera simultaacutenea a la consideracioacuten de otras publicaciones seriadas para ello

deberaacute complementar el Formato de Originalidad para su Artiacuteculo salvo que sea rechazado por

el Comiteacute de Arbitraje podraacute ser retirado

ndash Ninguno de los datos presentados en este Articulo ha sido plagiado oacute inventado Los

datos originales se distinguen claramente de los ya publicados Y se tiene conocimiento del testeo

en PLAGSCAN si se detecta un nivel de plagio Positivo no se procederaacute a arbitrar

ndash Se citan las referencias en las que se basa la informacioacuten contenida en el Artiacuteculo asiacute

como las teoriacuteas y los datos procedentes de otros Artiacuteculos previamente publicados

ndash Los autores firman el Formato de Autorizacioacuten para que su Artiacuteculo se difunda por los medios

que ECORFAN-Meacutexico SC en su Holding Bolivia considere pertinentes para divulgacioacuten y

difusioacuten de su Artiacuteculo cediendo sus Derechos de Obra

ndash Se ha obtenido el consentimiento de quienes han aportado datos no publicados obtenidos

mediante comunicacioacuten verbal o escrita y se identifican adecuadamente dicha comunicacioacuten y

autoriacutea

ndash El Autor y Co-Autores que firman este trabajo han participado en su planificacioacuten disentildeo y

ejecucioacuten asiacute como en la interpretacioacuten de los resultados Asimismo revisaron criacuteticamente el

trabajo aprobaron su versioacuten final y estaacuten de acuerdo con su publicacioacuten

ndash No se ha omitido ninguna firma responsable del trabajo y se satisfacen los criterios de

Autoriacutea Cientiacutefica

ndash Los resultados de este Artiacuteculo se han interpretado objetivamente Cualquier resultado

contrario al punto de vista de quienes firman se expone y discute en el Artiacuteculo

Copyright y Acceso

La publicacioacuten de este Artiacuteculo supone la cesioacuten del copyright a ECORFAN-Mexico SC en su

Holding Bolivia para su Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica que se reserva el derecho a distribuir

en la Web la versioacuten publicada del Artiacuteculo y la puesta a disposicioacuten del Artiacuteculo en este formato

supone para sus Autores el cumplimiento de lo establecido en la Ley de Ciencia y Tecnologiacutea de los

Estados Unidos Mexicanos en lo relativo a la obligatoriedad de permitir el acceso a los resultados de

Investigaciones Cientiacuteficas

Tiacutetulo del Artiacuteculo

Nombre y apellidos del Autor de contacto y de los Coautores Firma

1

2

3

4

Principios de Eacutetica y Declaratoria de Solucioacuten a Conflictos Editoriales

Responsabilidades del Editor

El Editor se compromete a garantizar la confidencialidad del proceso de evaluacioacuten no podraacute revelar a

los Aacuterbitros la identidad de los Autores tampoco podraacute revelar la identidad de los Aacuterbitros en ninguacuten

momento

El Editor asume la responsabilidad de informar debidamente al Autor la fase del proceso editorial en que

se encuentra el texto enviado asiacute como de las resoluciones del arbitraje a Doble Ciego

El Editor debe evaluar los manuscritos y su contenido intelectual sin distincioacuten de raza geacutenero

orientacioacuten sexual creencias religiosas origen eacutetnico nacionalidad o la filosofiacutea poliacutetica de los Autores

El Editor y su equipo de edicioacuten de los Holdings de ECORFANreg no divulgaraacuten ninguna informacioacuten

sobre Artiacuteculos enviado a cualquier persona que no sea el Autor correspondiente

El Editor debe tomar decisiones justas e imparciales y garantizar un proceso de arbitraje por pares justa

Responsabilidades del Consejo Editorial

La descripcioacuten de los procesos de revisioacuten por pares es dado a conocer por el Consejo Editorial con el

fin de que los Autores conozcan cuaacuteles son los criterios de evaluacioacuten y estaraacute siempre dispuesto a

justificar cualquier controversia en el proceso de evaluacioacuten En caso de Deteccioacuten de Plagio al Artiacuteculo

el Comiteacute notifica a los Autores por Violacioacuten al Derecho de Autoriacutea Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de

Innovacioacuten

Responsabilidades del Comiteacute Arbitral

Los Aacuterbitros se comprometen a notificar sobre cualquier conducta no eacutetica por parte de los Autores y

sentildealar toda la informacioacuten que pueda ser motivo para rechazar la publicacioacuten de los Artiacuteculos Ademaacutes

deben comprometerse a mantener de manera confidencial la informacioacuten relacionada con los Artiacuteculos

que evaluacutean

Cualquier manuscrito recibido para su arbitraje debe ser tratado como documento confidencial no se

debe mostrar o discutir con otros expertos excepto con autorizacioacuten del Editor

Los Aacuterbitros se deben conducir de manera objetiva toda criacutetica personal al Autor es inapropiada

Los Aacuterbitros deben expresar sus puntos de vista con claridad y con argumentos vaacutelidos que contribuyan

al que hacer Cientiacutefico Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten del Autor

Los Aacuterbitros no deben evaluar los manuscritos en los que tienen conflictos de intereses y que se hayan

notificado al Editor antes de someter el Artiacuteculo a evaluacioacuten

Responsabilidades de los Autores

Los Autores deben garantizar que sus Artiacuteculos son producto de su trabajo original y que los datos han

sido obtenidos de manera eacutetica

Los Autores deben garantizar no han sido previamente publicados o que no esteacuten siendo considerados en

otra publicacioacuten seriada

Los Autores deben seguir estrictamente las normas para la publicacioacuten de Artiacuteculos definidas por el

Consejo Editorial

Los Autores deben considerar que el plagio en todas sus formas constituye una conducta no eacutetica

editorial y es inaceptable en consecuencia cualquier manuscrito que incurra en plagio seraacute eliminado y

no considerado para su publicacioacuten

Los Autores deben citar las publicaciones que han sido influyentes en la naturaleza del Artiacuteculo

presentado a arbitraje

Servicios de Informacioacuten

Indizacioacuten - Bases y Repositorios

RESEARCH GATE (Alemania)

GOOGLE SCHOLAR (Iacutendices de citaciones-Google)

REDIB (Red Iberoamericana de Innovacioacuten y Conocimiento Cientiacutefico- CSIC)

MENDELEY (Gestor de Referencias bibliograacuteficas)

DULCINEA (Revistas cientiacuteficas espantildeolas)

UNIVERSIA (Biblioteca Universitaria-Madrid)

SHERPA (Universidad de Nottingham- Inglaterra)

Servicios Editoriales

Identificacioacuten de Citacioacuten e Iacutendice H

Administracioacuten del Formato de Originalidad y Autorizacioacuten

Testeo de Artiacuteculo con PLAGSCAN

Evaluacioacuten de Artiacuteculo

Emisioacuten de Certificado de Arbitraje

Edicioacuten de Artiacuteculo

Maquetacioacuten Web

Indizacioacuten y Repositorio

Traduccioacuten

Publicacioacuten de Obra

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Facturacioacuten por Servicio de Edicioacuten

Poliacutetica Editorial y Administracioacuten

21 Santa Luciacutea CP-5220 Libertadores -Sucre ndash Bolivia Tel +52 1 55 6159 2296 +52 1 55 1260 0355

+52 1 55 6034 9181 Correo electroacutenico contactecorfanorg wwwecorfanorg

ECORFANreg

Editor en Jefe ROSALES-BORBOR Eleana BsC

Directora Ejecutiva RAMOS-ESCAMILLA Mariacutea PhD

Director Editorial PERALTA-CASTRO Enrique MsC

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ESCAMILLA-BOUCHAN Imelda PhD

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LUNA-SOTO Vladimir PhD

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SORIANO-VELASCO Jesuacutes BsC

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DIacuteAZ-OCAMPO Javier BsC

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Licencias del Sitio

03-2010-032610094200-01-Para material impreso 03-2010-031613323600-01-Para material

electroacutenico 03-2010-032610105200-01-Para material fotograacutefico 03-2010-032610115700-14-Para

Compilacioacuten de Datos 04 -2010-031613323600-01-Para su paacutegina Web 19502-Para la Indizacioacuten

Iberoamericana y del Caribe 20-281 HB9-Para la Indizacioacuten en Ameacuterica Latina en Ciencias Sociales y

Humanidades 671-Para la Indizacioacuten en Revistas Cientiacuteficas Electroacutenicas Espantildea y Ameacuterica Latina

7045008-Para su divulgacioacuten y edicioacuten en el Ministerio de Educacioacuten y Cultura-Espantildea 25409-Para su

repositorio en la Biblioteca Universitaria-Madrid 16258-Para su indexacioacuten en Dialnet 20589-Para

Indizacioacuten en el Directorio en los paiacuteses de Iberoameacuterica y el Caribe 15048-Para el registro internacional

de Congresos y Coloquios financingprogramsecorfanorg

Oficinas de Gestioacuten 21 Santa Luciacutea CP-5220 Libertadores -Sucre ndash Bolivia

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

ldquoProduccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomaterdquo

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto

SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato

ldquoEstudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemicordquo

GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano

GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

ldquoDisentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de airerdquo

SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel

TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo

ldquoModelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFTrdquo

VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y

RIVAS-CASTRO Sofiacutea

Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca

ldquoOptimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficiordquo

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y

GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

ldquoEfecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremadordquo

AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

ldquoInclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y

Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten

de ovinosrdquo

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-

LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Universidad de Guadalajara

Page 2: Revista de Energía Química y Física...ISSN 2410-3934 Revista de Energía Química y Física Volumen 6, Número 19 – Abril – Junio - 2019

ECORFAN-Bolivia

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Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Volumen 6 Nuacutemero 19 de Abril a Junio

-2019 es una revista editada

trimestralmente por ECORFAN-Bolivia

Loa 1179 Cd Sucre Chuquisaca

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revistaecorfanorg Editora en Jefe

ROSALES-BORBOR Eleana BsC

ISSN-2410-3934 Responsables de la

uacuteltima actualizacioacuten de este nuacutemero de la

Unidad de Informaacutetica ECORFAN

ESCAMILLA-BOUCHAacuteN Imelda

PhD LUNA-SOTO Vladimir PhD

actualizado al 30 de Junio del 2019

Las opiniones expresadas por los autores

no reflejan necesariamente las opiniones

del editor de la publicacioacuten

Queda terminantemente prohibida la

reproduccioacuten total o parcial de los

contenidos e imaacutegenes de la publicacioacuten

sin permiso del Instituto Nacional del

Derecho de Autor

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Definicioacuten del Research Journal

Objetivos Cientiacuteficos

Apoyar a la Comunidad Cientiacutefica Internacional en su produccioacuten escrita de Ciencia Tecnologiacutea en

Innovacioacuten en el Aacuterea de Biologiacutea y Quiacutemica en las Subdisciplinas de quiacutemica analiacutetica quiacutemica

farmaceacuteutica quiacutemica fiacutesica quiacutemica inorgaacutenica quiacutemica macromolecular quiacutemica nuclear fiacutesica de

fluidos fiacutesica estadiacutestica fiacutesica molecular fiacutesica teoacuterica

ECORFAN-Meacutexico SC es una Empresa Cientiacutefica y Tecnoloacutegica en aporte a la formacioacuten del Recurso

Humano enfocado a la continuidad en el anaacutelisis criacutetico de Investigacioacuten Internacional y estaacute adscrita al

RENIECYT de CONACYT con nuacutemero 1702902 su compromiso es difundir las investigaciones y

aportaciones de la Comunidad Cientiacutefica Internacional de instituciones acadeacutemicas organismos y

entidades de los sectores puacuteblico y privado y contribuir a la vinculacioacuten de los investigadores que

realizan actividades cientiacuteficas desarrollos tecnoloacutegicos y de formacioacuten de recursos humanos

especializados con los gobiernos empresas y organizaciones sociales

Alentar la interlocucioacuten de la Comunidad Cientiacutefica Internacional con otros centros de estudio de Meacutexico

y del exterior y promover una amplia incorporacioacuten de acadeacutemicos especialistas e investigadores a la

publicacioacuten Seriada en Nichos de Ciencia de Universidades Autoacutenomas - Universidades Puacuteblicas

Estatales - IES Federales - Universidades Politeacutecnicas - Universidades Tecnoloacutegicas - Institutos

Tecnoloacutegicos Federales - Escuelas Normales - Institutos Tecnoloacutegicos Descentralizados - Universidades

Interculturales - Consejos de CyT - Centros de Investigacioacuten CONACYT

Alcances Cobertura y Audiencia

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica es un Research Journal editado por ECORFAN-Meacutexico SC en su

Holding con repositorio en Bolivia es una publicacioacuten cientiacutefica arbitrada e indizada con periodicidad

trimestral Admite una amplia gama de contenidos que son evaluados por pares acadeacutemicos por el meacutetodo

de Doble-Ciego en torno a temas relacionados con la teoriacutea y praacutectica de quiacutemica analiacutetica quiacutemica

farmaceacuteutica quiacutemica fiacutesica quiacutemica inorgaacutenica quiacutemica macromolecular quiacutemica nuclear fiacutesica de

fluidos fiacutesica estadiacutestica fiacutesica molecular fiacutesica teoacuterica con enfoques y perspectivas diversos que

contribuyan a la difusioacuten del desarrollo de la Ciencia la Tecnologiacutea e Innovacioacuten que permitan las

argumentaciones relacionadas con la toma de decisiones e incidir en la formulacioacuten de las poliacuteticas

internacionales en el Campo de las Biologiacutea y Quiacutemica El horizonte editorial de ECORFAN-Meacutexicoreg

se extiende maacutes allaacute de la academia e integra otros segmentos de investigacioacuten y anaacutelisis ajenos a ese

aacutembito siempre y cuando cumplan con los requisitos de rigor argumentativo y cientiacutefico ademaacutes de

abordar temas de intereacutes general y actual de la Sociedad Cientiacutefica Internacional

Consejo Editorial

NUNtildeEZ - SELLES Alberto Julio PhD

Instituto Central de Anaacutelisis de Alimentos Utrecht

NAVARRO - FROacuteMETA Amado Enrique PhD

Instituto de Petroacuteleo y Quiacutemica Azerbaijaacuten

CORNEJO - BRAVO Joseacute Manuel PhD

University of California

CRUZ - REYES Juan PhD

Instituto de Cataacutelisis y Petroleoquiacutemica

STILIANOVA - STOYTCHEVA Margarita PhD

Universidad de Tecnologiacutea Quiacutemica y Metalurgia de Sofia

JIMEacuteNEZ - MOLEOacuteN Mariacutea Del Carmen PhD

Universidad Autoacutenoma del Estado de Meacutexico

COacuteRDOVA - GUERRERO Ivaacuten PhD

Universidad de la Laguna

ESCAMILLA - GARCIacuteA Erandi PhD

Universiteacute de Bourgogne

CHEW - HERNAacuteNDEZ Mario Luis PhD

University of Nottingham

CARVAJAL - MILLAN Elizabeth PhD

Eacutecole Nationale Supeacuterieure Agronomique de Montpellier

Comiteacute Arbitral

PALOS - PIZARRO Isidro PhD

Centro de Investigacioacuten en Quiacutemica Aplicada

VALDEacuteS - ORDONtildeEZ Alejandro PhD

Centro de Investigacioacuten y de Estudios Avanzados

HERRERA - PEacuteREZ Gabriel PhD

Universidad Autoacutenoma del Estado de Morelos

RIOS - DONATO Nely PhD

Universidad de Guanajuato

SALAZAR - HERNAacuteNDEZ Ma Mercedes PhD

Universidad de Guanajuato

GARCIacuteA - ORTEGA Heacutector PhD

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

LOacutePEZ - URETA Luz Cecilia PhD

Universidad de Guadalajara

CERTUCHA - BARRAGAacuteN Mariacutea Teresa PhD

Universidad Autoacutenoma de Baja California

DEL VALLE - GRANADOS Joseacute Mario PhD

Centro de Investigacioacuten Cientiacutefica y Educacioacuten Superior de Ensenada

RAMIacuteREZ - JIMEacuteNEZ Sandra Ignacia PhD

Universidad Autoacutenoma del Estado de Morelos

GAMBOA - HERNAacuteNDEZ Adriana PhD

Instituto Tecnoloacutegico de Saltillo

GARCIA - BETANCOURT Maria Luisa PhD

Universidad Autoacutenoma del Estado de Morelos

Cesioacuten de Derechos

El enviacuteo de un Artiacuteculo a Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica emana el compromiso del autor de no

someterlo de manera simultaacutenea a la consideracioacuten de otras publicaciones seriadas para ello deberaacute

complementar el Formato de Originalidad para su Artiacuteculo

Los autores firman el Formato de Autorizacioacuten para que su Artiacuteculo se difunda por los medios que

ECORFAN-Meacutexico SC en su Holding Bolivia considere pertinentes para divulgacioacuten y difusioacuten de su

Artiacuteculo cediendo sus Derechos de Obra

Declaracioacuten de Autoriacutea

Indicar el Nombre de 1 Autor y 3 Coautores como maacuteximo en la participacioacuten del Articulo y sentildealar en

extenso la Afiliacioacuten Institucional indicando la Dependencia

Identificar el Nombre de 1 Autor y 3 Coautores como maacuteximo con el Nuacutemero de CVU Becario-PNPC

o SNI-CONACYT- Indicando el Nivel de Investigador y su Perfil de Google Scholar para verificar su

nivel de Citacioacuten e iacutendice H

Identificar el Nombre de 1 Autor y 3 Coautores como maacuteximo en los Perfiles de Ciencia y Tecnologiacutea

ampliamente aceptados por la Comunidad Cientiacutefica Internacional ORC ID - Researcher ID Thomson -

arXiv Author ID - PubMed Author ID - Open ID respectivamente

Indicar el contacto para correspondencia al Autor (Correo y Teleacutefono) e indicar al Investigador que

contribuye como primer Autor del Artiacuteculo

Deteccioacuten de Plagio

Todos los Artiacuteculos seraacuten testeados por el software de plagio PLAGSCAN si se detecta un nivel de plagio

Positivo no se mandara a arbitraje y se rescindiraacute de la recepcioacuten del Articulo notificando a los Autores

responsables reivindicando que el plagio acadeacutemico estaacute tipificado como delito en el Coacutedigo Penal

Proceso de Arbitraje

Todos los Artiacuteculos se evaluaraacuten por pares acadeacutemicos por el meacutetodo de Doble Ciego el arbitraje

Aprobatorio es un requisito para que el Consejo Editorial tome una decisioacuten final que seraacute inapelable en

todos los casos MARVIDreg es una Marca de derivada de ECORFANreg especializada en proveer a los

expertos evaluadores todos ellos con grado de Doctorado y distincioacuten de Investigadores Internacionales

en los respectivos Consejos de Ciencia y Tecnologiacutea el homologo de CONACYT para los capiacutetulos de

America-Europa-Asia-Africa y Oceania La identificacioacuten de la autoriacutea deberaacute aparecer uacutenicamente en

una primera paacutegina eliminable con el objeto de asegurar que el proceso de Arbitraje sea anoacutenimo y cubra

las siguientes etapas Identificacioacuten del Research Journal con su tasa de ocupamiento autoral -

Identificacioacuten del Autores y Coautores- Deteccioacuten de Plagio PLAGSCAN - Revisioacuten de Formatos de

Autorizacioacuten y Originalidad-Asignacioacuten al Consejo Editorial- Asignacioacuten del par de Aacuterbitros Expertos-

Notificacioacuten de Dictamen-Declaratoria de Observaciones al Autor-Cotejo de Artiacuteculo Modificado para

Edicioacuten-Publicacioacuten

Instrucciones para Publicacioacuten Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten

Aacuterea del Conocimiento

Los trabajos deberaacuten ser ineacuteditos y referirse a temas de Quiacutemica analiacutetica quiacutemica farmaceacuteutica quiacutemica

fiacutesica quiacutemica inorgaacutenica quiacutemica macromolecular quiacutemica nuclear fiacutesica de fluidos fiacutesica

estadiacutestica fiacutesica molecular fiacutesica teoacuterica y a otros temas vinculados a las Biologiacutea y Quiacutemica

Presentacioacuten del Contenido

Como pimer artiacuteculo presentamos Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de

residuos de planta de jitomate por CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan

Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML con adscripcioacuten en la

Universidad de Guanajuato como segundo artiacuteculo presentamos Estudio de la evolucioacuten de C N Chl

en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico por GUZMAacuteN-

PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y

MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea con adscripcioacuten en el Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

como tercer artiacuteculo presentamos Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire por SORIA-MEJIacuteA Sandra

Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

con adscripcioacuten en el Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo como cuarto artiacuteculo presentamos

Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos

DFT por VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-

CASTRO Sofiacutea con adscripcioacuten en el Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero y el

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca como quinto artiacuteculo presentamos Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en

proceso de beneficio por ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y

GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar con adscripcioacuten en la Universidad Tecnoloacutegica de Parral

como sexto artiacuteculo presentamos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de

queso tipo panela descremado por AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y

ROMO Carlos como uacuteltimo artiacuteculo presentamos Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos

de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en

la alimentacioacuten de ovinos por DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa

GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique con adscripcioacuten en la Universidad de

Guadalajara

Contenido

Artiacuteculo Paacutegina

Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomate

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto

SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato

1-12

Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico

GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE

Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

13-21

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-

MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo

22-30

Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFT VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-

CASTRO Sofiacutea

Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca

31-38

Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-

DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

39-43

Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremado

AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

44-51

Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y

Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten

de ovinos

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA

Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Universidad de Guadalajara

52-61

1

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 1-12

Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomate

Hydrogen production from anaerobic digestion of tomatorsquos plant waste

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Saraidagger MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES

Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato Carretera Irapuato-Silao Km 9 CP 36500 Irapuato Gto Meacutexico

ID 1er Autor Sarai Camarena-Martiacutenez ORC ID 0000-0002-0681-6364 CVU CONACYT ID 495584

ID 1er Coautor Juan Humberto Martiacutenez-Martiacutenez ORC ID 0000-0002-6325-3553 CVU CONACYT ID 335602

ID 2do Coautor Adriana Saldantildea-Robles ORC ID 0000-0001-8871-1621 CVU CONACYT ID 224323

ID 3er Coautor Graciela ML Ruiz-Aguilar ORC ID 0000-0001-9460-1429 CVU CONACYT ID 122467

DOI 1035429JCPE2019196112 Recibido 20 de Abril 2019 Aceptado 30 Junio 2019

Resumen

Entre las alternativas de obtencioacuten de energiacutea limpia que

se estaacuten desarrollando se reconoce el hidroacutegeno (H2)

como un portador de energiacutea prometedor al poseer un alto

rendimiento energeacutetico (122 kJg) y se obtiene a partir de

residuos lignoceluloacutesicos mediante un proceso bioloacutegico

En el estado de Guanajuato se generan altas cantidades de

residuos de planta derivados del cultivo de jitomate al ser

el cultivo que mayormente se produce mediante

agricultura protegida en el estado Por lo que el objetivo

del presente estudio fue el aprovechar residuos de planta

de jitomate para la generacioacuten de hidroacutegeno a traveacutes del

proceso de digestioacuten anaerobia Se evaluaron dos fuentes

de inoacuteculo microflora nativa de la planta de jitomate y

lodo anaerobio pretratado a 100degC por 24 h y cuatro

medios minerales a un pH inicial de 65 plusmn 02 en

experimentos en lote El rendimiento maacutes alto fue de 374

mLH2 g SV usando microflora nativa y medio mineral

con extracto de levadura Se logroacute una produccioacuten de

hidroacutegeno similar a lo reportado en la literatura para otros

residuos destacando en nuestro caso el ser innecesario el

pretratamiento del sustrato o del inoacuteculo Por lo que la

metodologiacutea propuesta resulta eficiente para la produccioacuten

de hidroacutegeno a partir de la planta de jitomate

Hidroacutegeno Digestioacuten anaerobia Planta de jitomate

Abstract

Hydrogen (H2) is recognized as a promising energy carrier

among the alternatives for obtaining clean energy since it

has a high energy efficiency (122 kJ g) and can be

obtained from lignocellulosic waste through a biological

process In the state of Guanajuato high amounts of plant

waste derived from tomato cultivation are generated

because this is the crop mostly produced through protected

agriculture So the objective of the present study was to

consider tomato plant residues for the generation of

hydrogen through the anaerobic digestion process Two

sources of inoculum native microflora of the tomato plant

and anaerobic sludge pretreated at 100 deg C for 24 h and

four mineral media at an initial pH of 65 plusmn 02 in batch

experiments were evaluated The highest yield was 374

mLH2 g SV using native microflora and mineral media

with yeast extract Hydrogen production was found like

those reported in the literature for other type of waste

highlighting the no-need to pretreat the substrate or

inoculum Therefore the methodology propose is efficient

to the hydrogen production from tomato plant residues

Hydrogen Anaerobic digestion Tomato

Citacioacuten CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y

RUIZ-AGUILAR Graciela ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 1-12

Correspondencia del Autor (Correo electroacutenico gracielarugtomx)

dagger Investigador contribuyendo como primer Autor

ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

2

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

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ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El hidroacutegeno posee un alto contenido de energiacutea

por unidad de peso (122 MJ Kg) y su

combustioacuten no genera emisiones de CO2 lo cual

lo hace una alternativa de produccioacuten de energiacutea

amigable con el medio ambiente (Jain et al

2010) Sin embargo alrededor del 90 del

hidroacutegeno producido se obtiene mediante

procesos electroquiacutemicos y termoquiacutemicos que

requieren altos consumos de energiacutea y de

combustibles foacutesiles (Kapdan y Kargi 2006

Balat y Kirtay 2010) Por ello en los uacuteltimos

antildeos las investigaciones se han enfocado en la

obtencioacuten de hidroacutegeno mediante procesos

bioloacutegicos como la biofotoacutelisis la

fotofermentacioacuten y la fermentacioacuten oscura ya

que se pueden llevar a cabo en condiciones

ambientales y requieren mucho menos consumo

de energiacutea (Guo et al 2010)

La fermentacioacuten oscura es

particularmente atractiva porque no necesita

energiacutea lumiacutenica no tiene problemas de

inhibicioacuten por la presencia de oxiacutegeno requiere

pequentildeos voluacutemenes de reactor y se puede llevar

a cabo con un bajo costo de capital en

comparacioacuten con los procesos de biofotolis y

fotofermentacioacuten (Levin et al 2004 Nath y

Das 2004 Pandey et al 2013)Otra ventaja

muy importante del proceso de fermentacioacuten

oscura es que se pueden aprovechar residuos

agriacutecolas como materia prima para la produccioacuten

de hidroacutegeno

Los residuos agriacutecolas son una fuente

prometedora debido a su abundancia

distribucioacuten en todo el mundo y a su bajo costo

(Guo et al 2010) La utilizacioacuten de bagazo de

cantildea de azuacutecar paja de trigo planta de sorgo

paja de maiacutez entre otros se ha estudiado en los

uacuteltimos antildeos (Li y Chen 2007 Ivanova et al

2009 Fangkum y Reungsang 2011 Peacuterez et al

2015)

Existen otros cultivos que poseen un alto

impacto econoacutemico y en la generacioacuten de

residuos como es el cultivo de jitomate Meacutexico

es el principal proveedor a nivel mundial de

jitomate con una participacioacuten en el mercado

internacional de 251 del valor de las

exportaciones mundiales (SAGARPA 2017)

No obstante desde su cultivo hasta su

procesamiento se generan desechos que carecen

de valor comercial y no tienen una adecuada

disposicioacuten

Hasta el momento la informacioacuten

disponible sobre la produccioacuten de hidroacutegeno a

partir de residuos de planta de jitomate se

encuentra muy limitada y aun no se ha evaluado

la variacioacuten de distintos factores que afectan el

rendimiento de H2 a partir de este sustrato como

el tipo de inoacuteculo y la composicioacuten del medio

Estos son paraacutemetros importantes que afectan la

evolucioacuten de las viacuteas fermentativas (Wang y

Wan 2009 De Gioannis et al 2013) Bajo este

panorama se estudiaron dos fuentes de inoacuteculo

microflora nativa de la planta de jitomate y lodo

anaerobio pretratado a 100 degC por 24 h y cuatro

medios minerales en experimentos en lote para

conocer su efecto en la produccioacuten de hidroacutegeno

Metodologiacutea a desarrollar

La metodologiacutea que se siguioacute se resume en la

Figura 1 Se llevoacute a cabo la recoleccioacuten y

molienda del sustrato y para la evaluacioacuten de la

produccioacuten de hidroacutegeno se consideraron dos

variables el tipo de inoacuteculo y el tipo de medio

mineral El biogaacutes producido se cuantificoacute

mediante cromatografiacutea de gases

Figura 1 Metodologiacutea general para la produccioacuten de H2 a

partir de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Recoleccioacuten de la parte aeacuterea de

la planta de jitomate

Molienda

(Tamiz 20)

Produccioacuten de H2

Evaluacioacuten del tipo

de medio mineral

Evaluacioacuten del tipo

de inoacuteculo

A B C D Lodo

anaerobio

(LA)

Microflora nativa de

la planta de jitomate

(Nat)

Medicioacuten de la cantidad y composicioacuten

del biogaacutes por cromatografiacutea de gases

3

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ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Sustratos e inoacuteculo

El sustrato consistioacute en la parte aeacuterea de la planta

y fue recolectado al termino del ciclo de vida en

las instalaciones de la Expo agroalimentaria

ubicados en la ciudad de Irapuato Gto La

variedad de planta de jitomate fue Saladette

Las plantas se secaron bajo sol durante

15 diacuteas hasta llegar a una humedad entre 6 y

10 La planta seca se molioacute en un molino

agriacutecola de martillos y se dejoacute almacenada a

temperatura ambiente hasta su uso

Posteriormente para los anaacutelisis de

caracterizacioacuten y de produccioacuten de biogaacutes se

utilizoacute un molino marca SURTEK y un tamiz

para conseguir un tamantildeo de partiacutecula de

aproximadamente 085 mm

El inoacuteculo empleado consistioacute en lodo

anaerobio que fue recolectado de un biodigestor

tipo bolsa de geomembra de 1000 L el cual se

alimenta con estieacutercol vacuno y es operado a

temperatura ambiente El biodigestor se

encuentra ubicado en las instalaciones de la

Divisioacuten Ciencias de la Vida El inoacuteculo

recolectado se desgasificoacute a temperatura

ambiente (197 plusmn 70 degC) por un periodo de 10

diacuteas Posteriormente este lodo se pretrato a 100

degC por un periodo de 24 h para emplearlo como

inoacuteculo LA en los experimentos de produccioacuten

de hidroacutegeno

Meacutetodos analiacuteticos

Para la caracterizacioacuten del sustrato se

realizaron los siguientes anaacutelisis soacutelidos totales

y soacutelidos volaacutetiles carbono orgaacutenico

carbohidratos estructurales (celulosa

hemicelulosa y lignina) nitroacutegeno total

Kjeldahl demanda quiacutemica de oxiacutegeno y pH

Ademaacutes se determinoacute el contenido de ST y SV

del inoacuteculo

El contenido de carbono orgaacutenico se

realizoacute por el meacutetodo de ignicioacuten de acuerdo con

Dean 1974 la determinacioacuten de carbohidratos

estructurales se hizo mediante la metodologiacutea de

van Soest et al 1973 y el pH por medio del

meacutetodo reportado por Kang et al 2014 El

contenido de nitroacutegeno total Kjeldahl DQO

mediante el meacutetodo de reflujo cerrado y

contenido de soacutelidos totales y soacutelidos volaacutetiles se

realizoacute seguacuten los meacutetodos estaacutendares (APHA

2005)

Produccioacuten de H2

Se evaluaron dos fuentes de inoacuteculo microflora

nativa de la planta de jitomate (Inoacuteculo Nat) y

lodo anaerobio pretratado a 100 degC por 24 h

(Inoacuteculo LA) y cuatro medios minerales (A B

C y D) cuya composicioacuten se indica en la Tabla

1 El medio mineral D corresponde al medio

mineral reportado por Lara et al 2014 y los

medios minerales A B y C presentan una

modificacioacuten con respecto al medio mineral D

ya sea en la cantidad antildeadida de fosfatos yo en

la adicioacuten de extracto de levadura

El medio mineral usualmente posee

capacidad tampoacuten (Angelidaki et al 2004

Angelidaki et al 2009) y esta puede estar dada

por el buffer de fosfatos el cual es el maacutes

empleado en los experimentos de produccioacuten de

H2 por digestioacuten anaerobia (Lin y Lay 2004 Lin

et al 2011) Con la finalidad de aminorar costos

y evitar una saturacioacuten de fosfatos en el medio

(Cubillos et al 2010 Zhao et al 2010 Liu et

al 2015 Xu et al 2016) se optoacute por utilizar la

propuesta de Lara et al 2014 (0075M medio

mineral D) y otras dos concentraciones 002M

(medio mineral B y C) y 01M (medio mineral

A)

Por otro lado se recomienda la adicioacuten

de vitaminas al medio mineral especialmente

cuando se manejan residuos agriacutecolas para evitar

inhibicioacuten por sustrato de la digestioacuten

(Angelidaki et al 2004 Lindorfer et al 2007

Angelidaki et al 2009)

El extracto de levadura posee vitaminas

del complejo B y ademaacutes constituye una fuente

de nitroacutegeno por lo que es muy usado en los

medios minerales en conjunto con otras fuentes

de nitroacutegeno (Fan et al 2006 Ivanova et al

2009 Li y Chen 2007 Li et al 2012)

4

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ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Medio

mineral Composicioacuten de medio mineral por litro

A

KH2PO4 46 g K2HPO4 100 g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

B

KH2PO4 20 g K2HPO4 092 g Extracto de

levadura 15 gL MgCl2middot6H2O 01g CaCl2

002 g MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O

0025g CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O

0125mg

C

KH2PO4 20 g K2HPO4 092 g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

D

KH2PO4 48g K2HPO4 698g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

Tabla 1 Tipos de medio mineral evaluados para la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de residuos de planta de

jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Los experimentos se llevaron a cabo en un

reacutegimen en lote a un pH inicial de 65 plusmn 02 Se

adiciono 159 plusmn 002 g de planta de jitomate seca

y molida por cada 100 mL de mezcla

(equivalente a 106 g SV sustratoL) El volumen de

trabajo fue de 80 mL manejando y un ldquoespacio

de cabezardquo de 40 mL Los reactores se incubaron

a 37degC durante un periodo de 15 diacuteas en

condiciones estaacuteticas Para los tratamientos en

los que se empleoacute Inoacuteculo LA se antildeadioacute la

cantidad 124 plusmn 002 g de inoacuteculo pretratatado y

molido por cada 100 mL de mezcla (equivalente

a 625 g SV inoacuteculoL) Cada tratamiento se realizoacute

por duplicado

El control negativo consistioacute en inoacuteculo

LA pretratado a 100 degC por 24 h sin antildeadir

sustrato y se agregoacute el medio mineral Lara et al

2014 para completar a un volumen de 80 mL

El anaacutelisis de cromatografiacutea de gases para

la deteccioacuten de H2 O2 N2 y CH4 se realizoacute

tomando 30 μL del gas presente en el ldquoespacio

de cabezardquo de cada botella Este se analizoacute en un

cromatoacutegrafo PerkinElmer reg modelo Clarus

580 con una columna capilar Elite CG GS-

MOSIEVE 52 (30m x 053 mm x 50 μm) y un

detector tipo TCD Las temperaturas del

inyector horno y detector fueron 150 50 y 200

degC respectivamente Se utilizoacute argoacuten como fase

moacutevil a una presioacuten de 14 psi

Para analizar las diferencias significativas

entre cada uno de los tratamientos se manejoacute un

disentildeo factorial 2x4 y el meacutetodo de Tukey con

un valor alfa de 5 mediante el software de

Statgraphics Centurion XVI

Resultados

Caracterizacioacuten fisicoquiacutemica

Los resultados de la caracterizacioacuten

fisicoquiacutemica de la parte aacuterea de la planta de

jitomate se muestran en la Tabla 3 En cuanto a

la determinacioacuten del contenido de ST y SV del

lodo anaerobio fresco sin pretratar se obtuvo

1350 plusmn 074 en base huacutemeda y 5068 plusmn 370

en base seca respectivamente Posteriormente

este lodo se pretratoacute a 100 degC por un periodo de

24 h para emplearlo como inoacuteculo LA en los

tratamientos T1 T3 T5 y T7 (Tabla 2)

Rendimiento de H2 y contenido de H2 en el

biogas

Solo en tres tratamientos se detectoacute produccioacuten

de H2 en el biogaacutes (T4 T7 y T8) En el

tratamiento T4 se obtuvo el mayor rendimiento

de 374 mL H2 g SV (Tabla 4)

La produccioacuten de H2 en el tratamiento T4

se detectoacute a partir de la medicioacuten realizada a las

63 horas Para los tratamientos T7 y T8 se

detectoacute hasta la medicioacuten realizada a las 135

horas Esto indica que los microorganismos

tardan maacutes tiempo en adaptarse en las

condiciones manejadas en los tratamientos T7 y

T8 comparado con las establecidas en T4 En el

caso de los tratamientos T4 y T7 no se observa

produccioacuten de hidroacutegeno a las 327 h en cambio

en el tratamiento T8 la produccioacuten continua

incluso despueacutes de haber transcurridos 15 diacuteas

(Grafico 1)

En el tratamiento T4 durante las

primeras 135 horas de incubacioacuten se obtuvo una

concentracioacuten de hidroacutegeno arriba del 60 y a

partir de la medicioacuten realizada a las 183 h se

observoacute una disminucioacuten significativa de la

concentracioacuten Para el tratamiento T7 el pico

maacutes alto de concentracioacuten se detectoacute a las 135 h

y a partir de la siguiente medicioacuten se observoacute una

disminucioacuten gradual de la concentracioacuten de

hidroacutegeno (Grafico 2)

5

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ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Clave Medio mineral Inoacuteculo

T1 A LA

T2 A Nat

T3 B LA

T4 B Nat

T5 C LA

T6 C Nat

T7 D LA

Tabla 2 Tratamientos para evaluar la produccioacuten de H2 en

experimentos en lote a partir de residuos de planta de

jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Paraacutemetros Planta de jitomate

CN 1986 plusmn 067

ST ()1 9074 plusmn 014

SV ()2 7359 plusmn 014

Celulosa ()2 2857 plusmn 140

Hemicelulosa ()2 842 plusmn 108

Lignina ()2 749 plusmn 113

Azuacutecares reductores2 170 plusmn 018

DQO ( mg g SV) 78796 plusmn 2697

pH 660 plusmn 006 1 Porcentaje base huacutemeda 2 Porcentaje base seca

Tabla 3 Caracterizacioacuten fisicoquiacutemica de la planta

recolectada de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Clave Medio

mineral Inoacuteculo

Rendimiento

Biogaacutes (mL g

SV)

Rendimiento

H2 (mL g

SV)

T1 A LA 255 plusmn 42 00

T2 A Nat 336 plusmn 11 00

T3 B LA 749 plusmn15 00

T4 B Nat 578 plusmn 48 374 plusmn 48

T5 C LA 276 plusmn 30 00

T6 C Nat 60 plusmn 04 00

T7 D LA 286 plusmn 27 50 plusmn 20

T8 D Nat 252 plusmn 71 93 plusmn 75

Tabla 4 Rendimientos de produccioacuten de biogaacutes e

hidroacutegeno obtenido en cada tratamiento para la produccioacuten

de H2 en experimentos en lote a partir de residuos de planta

de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

En el caso del tratamiento T8 el

contenido de H2 fue incrementando

gradualmente durante el periodo de 15 diacuteas El

contenido de hidroacutegeno en el biogaacutes total

producido fue del 65 18 y 37 en los

tratamientos T4 T7 y T8 respectivamente De

manera que en el tratamiento T4 se obtuvo la

maacutes alta concentracioacuten de hidroacutegeno en el biogaacutes

pero la produccioacuten maacutes duradera se observoacute en

el tratamiento T8 (Grafico 2) Alemahdi et al

2015 evaluaron la produccioacuten de H2 usando

como sustrato paja de arroz en codigestioacuten con

lodos activados de aguas residuales

Ellos obtuvieron una concentracioacuten de

hidroacutegeno en el biogaacutes de 695 el cual es un

valor cercano a lo obtenido en el tratamiento T4

Dhanasekar et al 2018 reportaron un contenido

de H2 en el biogaacutes del 18 a partir de tallo de

sorgo y usando la cepa Bacillus subtilis

AUChE413 para llevar a cabo la fermentacioacuten

Este porcentaje es igual al obtenido en el

tratamiento T7 de nuestro estudio Otros autores

mencionan rangos de concentracioacuten de H2 entre

el 44 y 57 a partir de residuos de tallo de maiacutez

(Zhang et al 2007 Fan et al 2008) Por lo cual

nuestros resultados obtenidos son similares a lo

reportado en la literatura y en base a esto el

porcentaje de H2 en el biogaacutes obtenido en el

tratamiento T4 puede ser considerado de una alta

concentracioacuten

Efecto del tipo de inoacuteculo sobre la produccioacuten

de hidroacutegeno

El tipo de inoacuteculo tuvo efecto significativo sobre

la produccioacuten de hidroacutegeno (P lt 005) siendo el

inoacuteculo Nat el que mostroacute un mayor rendimiento

(ver Anexo Tabla 1 y Tabla 2)

Estos resultados difieren con lo reportado

por Peacuterez 2015 los cuales evaluaron cuatro

consorcios microbianos como inoacuteculo para la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de paja de trigo

Los consorcios se obtuvieron a partir de

muestras de suelo de jardiacuten rumen de vaca lodo

anaerobio y la microflora nativa de la paja de

trigo Se reportoacute que el maacutes alto rendimiento se

obtuvo de los reactores inoculados con lodo

anaerobio seguido de la flora nativa de la paja de

trigo No obstante en este estudio el lodo

anaerobio no recibioacute ninguacuten tipo de

pretratamiento

El menor rendimiento de produccioacuten de

H2 a partir de lodos anaerobios (Inoculo LA)

comparado con el obtenido a partir de la

microflora nativa de la planta de jitomate

(Inoacuteculo Nat) pudo ser causado por el

pretratamiento teacutermico aplicado al Inoacuteculo LA

que provoco una disminucioacuten en la diversidad

microbiana

6

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de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Grafico 1 Cineacuteticas de produccioacuten de hidroacutegeno

acumulado en los tratamientos T4 T7 y T8 durante 15 diacuteas

de incubacioacuten

Fuente Elaboracioacuten Propia

Grafico 2 Contenido de hidroacutegeno () en los tratamientos

T4 T7 y T8 durante 15 diacuteas de incubacioacuten

Fuente Elaboracioacuten Propia

En la literatura se mencionan diferentes

condiciones de pretratamiento teacutermico con la

finalidad de eliminar cepas consumidoras de

hidroacutegeno las cuales no forman endoesporas y

por ello no logran sobrevivir a altas temperaturas

por tiempos prolongados (Fang et al 2002 Liu

et al 2002 Duangmanee et al 2007 Kanso et

al 2011)

Sin embargo estos tratamientos teacutermicos

pueden llegar a ser poco tolerantes para la mayor

parte de los microorganismos presentes en los

lodos anaerobios lo que trae como consecuencia

una disminucioacuten alta de la diversidad microbiana

(Navarro et al 2016) Esto implica que las viacuteas

metaboacutelicas disponibles son menos diversas lo

que dificulta la degradacioacuten del sustrato (Tracy

et al 2014 Vanwonterghem et al 2014a)

Asimismo un consorcio productor de hidroacutegeno

con menos especies podriacutea disminuir la

estabilidad ante perturbaciones o invasiones

ambientales (Shade et al 2012

Vanwonterghem et al 2014b)

La aplicacioacuten de pretratamiento teacutermicos

a maacutes bajas temperaturas (80-90 degC) puede ser

recomendable para incrementar la concentracioacuten

de cepas productoras de hidroacutegeno sin alterar

significativamente las interacciones sintroacuteficas

entre cada grupo microbiano que conforma el

inoacuteculo

Efecto de la composicioacuten del medio mineral

sobre la produccioacuten de hidroacutegeno

De acuerdo con el ANOVA realizado la

composicioacuten del medio mineral tuvo un efecto

significativo en el rendimiento de H2 (P lt 005)

(ver Anexo Tabla 6 y Tabla 8)

No se detectoacute produccioacuten de hidroacutegeno al

emplear el medio mineral A Esto pudo deberse

a la alta concentracioacuten de fosfatos que afecto la

actividad metaboacutelica de la microflora del

Inoacuteculo LA y del inoacuteculo Nat ya que este medio

se preparoacute con la mayor concentracioacuten de

fosfatos (01 M) El fosfato es un nutriente

inorgaacutenico importante para el crecimiento

microbiano Las principales funciones del

fosforo es la generacioacuten de energiacutea en forma de

trifosfato de adenosina (ATP) y la regulacioacuten de

la capacidad amortiguadora del sistema celular

(Lin y Lay 2004)

Un aumento en la concentracioacuten de

fosfato resulta en un aumento de la capacidad de

las bacterias para producir hidroacutegeno Sin

embargo concentraciones demasiado altas de

fosfato podriacutean causar inhibicioacuten por el aumento

de la produccioacuten de aacutecidos grasos volaacutetiles lo

cual no es deseable ya que esto desviacutea los

reductores celulares de la produccioacuten de

hidroacutegeno (Lay et al 2005 Bisaillon et al

2006 Chandrasekhar et al 2015) No obstante

en la medicioacuten de pH despueacutes de 15 diacuteas de

incubacioacuten no se detectoacute una disminucioacuten

significativa del mismo para estos tratamientos

Seguacuten algunos protocolos establecidos

para llevar a cabo pruebas de digestioacuten anaerobia

a escala laboratorio se recomienda antildeadir una

mezcla de vitaminas del complejo B (biotina

aacutecido foacutelico riboflavina aacutecido pantotenico

entre otros) en la preparacioacuten del medio mineral

para evitar la inhibicioacuten del crecimiento de los

microrganismos por la ausencia de estos

nutrientes en sustratos no convencionales

(Madigan et al 2000 Angelidaki et al 2004

Angelidaki et al 2009)

00

100

200

300

400

0 100 200 300 400

Ren

dim

iento

de

H2

(mL

H2

g S

V s

ust

rato

)

Tiempo (h)

T4

T7

T8

0

01

02

03

04

05

06

07

0 100 200 300 400

Co

nte

nid

o d

e H

2(

)

Tiempo (h)

T4

T7

T8

7

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El extracto de levadura es un extracto

soluble en agua formado por el autolisado de

ceacutelulas de levaduras y es un producto rico en

vitaminas especialmente del complejo B

aminoaacutecidos y otros factores de crecimiento En

el tratamiento T4 se empleoacute inoacuteculo Nat en

medio mineral B el cual contiene extracto de

levadura (15 gL) y se observoacute una produccioacuten

de hidroacutegeno maacutes temprana con respecto al

tratamiento T8 en el cual se usoacute inoacuteculo Nat en

medio mineral D que no contiene extracto de

levadura Esto indica que en nuestros

experimentos el extracto de levadura juega un

papel importante en la adaptacioacuten del inoacuteculo

Nat a las condiciones establecidas

Por otro lado el extracto de levadura

constituye una fuente orgaacutenica de nitroacutegeno al

igual que la peptona Li y Chen 2007 evaluaron

la produccioacuten de biohidroacutegeno a partir de paja de

maiacutez mediante Clostridium butytiricum AS1209

usando tres diferentes fuentes de nitroacutegeno

NH4HCO3 urea y extracto de levadura en el

medio mineral En su estudio los rendimientos

de hidroacutegeno al usar fuentes de nitroacutegeno

orgaacutenico (urea y extracto de levadura) fueron

mucho maacutes altos que al emplear una fuente de

nitroacutegeno inorgaacutenico (NH4HCO3) Esto tambieacuten

fue reportado por Ueno et al 2001 y Ferchichi

et al 2005

Kalil et al 2009 reportaron que la

adicioacuten de fuentes de nitroacutegeno orgaacutenicas mejora

el crecimiento celular con respecto a fuentes de

nitroacutegeno inorgaacutenico usando Clostridium

acetobutylicum como inoacuteculo y Zhang et al

2014 mencionan que el incremento gradual de

extracto de levadura disminuye el tiempo de la

fase de latencia empleando lodo activado como

inoacuteculo

Por lo que la adicioacuten de extracto de

levadura promueve una mejor adaptacioacuten de los

microorganismos para consumir el sustrato lo

que conlleva a una mayor produccioacuten de

hidroacutegeno o la obtencioacuten de biogaacutes con una

mayor concentracioacuten de hidroacutegeno (Kalil et

al2009 Alvarado-Cuevas et al 2013 Zhang et

al 2014)

Sustra

to

Pretratamie

nto de

sustrato

Inoacuteculo Pretratamie

nto de

inoacuteculo

Rendimie

nto

(mL H2 g

SV)

Referenc

ia

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Lodo

anaerobio

Sin

pretratamien

to

106 mL Peacuterez et

al 2015

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Microflora

nativa

Sin

pretratamien

to

70

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Composta

de estieacutercol

vacuno

Teacutermico 10 Fan et

al 2006

Paja de

trigo

HCl +

Calentamiento de

microondas

Composta

de estieacutercol vacuno

Teacutermico 680

Paja de

trigo

Enzimaacutetico

epa

Trichoderm

a

Lodo

anaerobio

Teacutermico

90degC 10

min

155 Queacutemeacutene

ur et al

2012

Pasto Ensilado

fermentacioacute

n con aacutecido

laacutectico pH lt40

Microflora

nativa

Ensilado 378plusmn58m

L H2 g

ensilado

Li et al

2012

Ensilad

o de

pasto

Quiacutemico

4 NaOH

24 h 20degC

Lodo

anaerobio

Teacutermico

hervido 30

min

65 Pakarine

n et al

2009

Paja de

maiacutez

Sin

pretratamien

to

C

butyricum

AS1209

Sin

pretratamien

to

90 Li y

Chen

2007

Paja de

maiacutez

15 MPa 10

min

C

butyricum

AS1209

Sin

pretratamien

to

680

Planta

de

sorgo

130degC 30

min

C

saccharolyti

cus (DSM8903)

Sin

pretratamien

to

324 Ivanova

et al

2009

Planta

de

jitomat

e

Sin

pretratamien

to

Microflora

nativa

Sin

pretratamien

to

374 (T4) y

93 (T8)

Este

estudio

Planta

de

jitomat

e

Sin

pretratamien

to

Lodo

anaerobio

Teacutermico

100degC 24 h 50 (T7)

Tabla 5 Rendimiento de produccioacuten de hidroacutegeno a partir

de residuos lignocelulosicos

Fuente Elaboracioacuten Propia

En nuestro estudio se obtuvo un mayor

rendimiento al emplear inoacuteculo Nat en medio

mineral B suplementado con extracto de

levadura (T4) que al usar medio mineral C (T6)

o medio mineral D (T8) tratamientos en los

cuales se adicionoacute una fuente de nitroacutegeno

inorgaacutenica (NH4Cl)

No obstante el inoacuteculo LA mostroacute un

comportamiento diferente con respecto al

inoacuteculo Nat ya que eacuteste no tuvo una mejora en

la produccioacuten de hidroacutegeno al adicionar extracto

de levadura El uacutenico medio mineral con el cual

se obtuvo produccioacuten de hidroacutegeno a partir de

este consorcio bacteriano fue el medio mineral

D

8

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Comparacioacuten de rendimientos de produccioacuten

de hidroacutegeno con respecto a otros estudios

El rendimiento obtenido en los tratamientos T4

T7 y T8 fue similar con respecto a lo reportado

por otros autores los cuales indican un

rendimiento de 10 a 680 mLg SV a partir de

residuos lignoceluloacutesicos como paja de maiacutez

paja de trigo planta de sorgo y ensilado de pasto

(Li y Chen 2007 Ivanova et al 2009 Pakarinen

et al 2009 Li et al 2012 Queacutemeacuteneur et al

2012 Peacuterez et al 2015) Con respecto al estudio

realizado por Peacuterez et al 2015 en el que se usoacute

como inoacuteculo microflora nativa procedente del

sustrato nuestro rendimiento obtenido en el

tratamiento T4 fue superior

En cambio en los estudios en los que se

llevoacute a cabo un pretratamiento teacutermico o

quiacutemico del sustrato con o sin pretratamiento del

inoacuteculo (Fan et al 2006 Li y Chen 2007) el

rendimiento que se obtuvo en nuestro estudio a

partir de planta de jitomate es inferior Para los

estudios en los cuales se llevoacute a cabo un

pretratamiento bioloacutegico del sustrato ya sea

ensilado o enzimaacutetico (Li et al 2012

Queacutemeacuteneur et al 2012) el rendimiento

conseguido en dichas investigaciones fue similar

al nuestro (Tabla 4 y 5)

Es importante resaltar que el maacutes alto

rendimiento obtenido en nuestro estudio (374

mL H2g SV) se dio en el tratamiento en que se

empleoacute microflora nativa (T4) es decir no fue

necesario antildeadir un inoacuteculo externo Ademaacutes no

se llevoacute a cabo ninguacuten tipo de pretratamiento

teacutermico bioloacutegico o quiacutemico del sustrato

Fuente Suma de

Cuadrados Gl

Cuadrado

Medio

Razoacuten-

F

Valor-

P

Efectos Principales

AInoacuteculo 464403 1 464403 4464 00002

BMedio Mineral 956527 3 318842 3065 00001

Interacciones

Ab 992527 3 330842 3180 00001

Residuos 8322 8 104025

Total (Corregido) 249668 15

Tabla 6 Anaacutelisis de Varianza para evaluar el efecto del

tipo de ldquoInoacuteculordquo y ldquoMedio mineralrdquo para la produccioacuten

de H2 (mL H2 g SV) a partir de la digestioacuten anaerobia de

residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Anexos

Meacutetodo 950 porcentaje Tukey HSD

Inoacuteculo Casos Media

LS

Sigma

LS

Grupos

Homogeacuteneos

LA 8 12 114031 X

Nat 8 11975 114031 X

Contraste Sig Diferencia +- Liacutemites

LA - Nat -10775 371878

indica una diferencia significativa

Tabla 7 Pruebas de Muacuteltiple Rangos para la Produccioacuten

de H2 (mL H2g SV) por factor ldquoInoacuteculordquo a partir de la

digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Meacutetodo 950 porcentaje Tukey HSD

Medio

mineral

Casos Media

LS

Sigma

LS

Grupos

Homogeacuteneos

C 4 0 161265 X

A 4 0 161265 X

D 4 745 161265 X

B 4 189 161265 X

Contraste Sig Diferencia +- Liacutemites

A - B -189 730076

A - C 0 730076

A - D -745 730076

B - C 189 730076

B - D 1145 730076

C - D -745 730076

indica una diferencia significativa

Tabla 8 Pruebas de Muacuteltiple Rangos para la Produccioacuten

de H2 (mL H2g SV) por factor ldquoMedio mineralrdquo a partir

de la digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Agradecimiento

SCM agradece al Consejo Nacional de Ciencia y

Tecnologiacutea (CONACYT) por su apoyo a traveacutes

de la beca no 442714 para realizar sus estudios

de doctorado

Conclusiones

El tipo de inoacuteculo y la composicioacuten del medio

mineral tuvieron efecto significativo sobre la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de la

fermentacioacuten anaerobia de residuos de planta

jitomate El inoacuteculo procedente de la microflora

nativa de la planta de jitomate (Inoacuteculo Nat)

presenta un mejor comportamiento en la

produccioacuten de H2 con respecto al inoacuteculo

presente en el lodo anaerobio pretratado (Inoacuteculo

LA)

9

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La adicioacuten de extracto de levadura

mejoroacute la adaptacioacuten de los microorganismos

que conforman el Inoacuteculo Nat lo cual se vio

reflejado en una mayor produccioacuten a un menor

tiempo de incubacioacuten Por otro lado a una

concentracioacuten de buffer fosfatos de 0075 M se

observoacute produccioacuten de hidroacutegeno pero al

incrementar el valor a 01 M se presentoacute una

inhibicioacuten de la produccioacuten Por tanto el maacutes

alto rendimiento obtenido fue de 374 mL H2g

SV al emplear Inoacuteculo Nat y medio mineral con

extracto de levadura a una concentracioacuten de

buffer fosfatos de 002 M (Medio mineral B)

Para posteriores trabajos se recomienda realizar

un proceso de optimizacioacuten de la concentracioacuten

de extracto de levadura y del buffer fosfatos en

la produccioacuten de hidroacutegeno empleando

microflora nativa de la planta de jitomate En

nuestro estudio no se llevoacute a cabo ninguacuten

pretratamiento teacutermico bioloacutegico o quiacutemico al

sustrato para lograr rendimientos similares o

superiores a lo reportado en la literatura para

otros tipos de residuos lignoceluloacutesicos

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ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela

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Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la

irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico

Study of the evolution of C N Chl in green microalgae considering solar irradiation

through a dynamic model

GUZMAacuteN-PALOMINO Abrahamdagger AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro

Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero Tecnoloacutegico Nacional de Meacutexico

ID 1er Autor Abraham Guzmaacuten-Palomino ORC ID 0000-0001-6333-978X CVU CONACYT ID 415369

ID 1er Coautor Luciano Aguilera-Vaacutezquez ORC ID 0000-0001-8095-6528 CVU CONACYT ID 123018

ID 2do Coautor Pedro Martin Garciacutea-Vite ORC ID 0000-0002-4185-5879 CVU CONACYT ID 227310

ID 3er Coautor Ana Mariacutea Mendoza-Martiacutenez ORC ID 0000-0003-2592-9230 CVU CONACYT ID 8374

DOI 1035429JCPE20191961321 Recibido 11 de Abril 2019 Aceptado 30 de Junio 2019

Resumen

Aumentar el aprovechamiento de la irradiacioacuten solar por el

metabolismo fotosinteacutetico de microalgas verdes es necesario

para explotar su potencial como fuente de liacutepidos

carbohidratos pigmentos o compuestos aromaacuteticos como

fuente de biocombustibles o productos de intereacutes Las

microalgas expuestas a la luz solar se adaptan sintetizando

una mayor cantidad de pigmento para disipar la energiacutea

lumiacutenica incidente a su vez la sobresaturacioacuten de los

fotosistemas celulares pero reducen la eficiencia del uso de

la luz La fotoaclimatacioacuten se describe por el contenido en

masa de clorofila en relacioacuten al contenido de carbono en la

biomasa (g Chlg C) En un fotobiorreactor al aire libre la

irradiancia depende de la geografiacutea la eacutepoca del antildeo y de las

condiciones atmosfeacutericas En la presente propuesta se

establece el estudio de la generacioacuten de biomasa de

microalgas como una funcioacuten dinaacutemica de la irradiancia y los

nutrientes a partir de estequiometriacutea variable representada

como CNChl y la asimilacioacuten primaria de los nutrientes

como nitrato (N) y amonio (A) en GC Los resultados de

investigacioacuten muestran una evolucioacuten de GC NC ChlC y

la biomasa como C (carbono) en diferentes escenarios de

parametrizacioacuten mostrando resultados consistentes

Microalgas Biomasa Modelado

Abstract

Increasing the use of solar irradiation by the photosynthetic

metabolism of green microalgae is necessary to exploit its

potential as a source of lipids carbohydrates pigments or

aromatic compounds as a source of biofuels or products of

interest Microalgae exposed to sunlight are able to adapt by

synthesizing a greater amount of pigment to dissipate the

incident light energy controlling the supersaturation of

cellular photosystems but reducing the efficiency of the use

of light The photoacclimation is described by the content of

chlorophyll mass in relation to the carbon content in the

biomass (g Chl g C) In an outdoor photobioreactor

irradiance depends upon geographical location time of year

and atmospheric conditions In the present proposal the

generation of biomass is established as a dynamic function of

the nutrients represented as C NChl and the primary

assimilation of nutrients as Nitrate (N) and Ammonium (A)

The results of this research show an evolution of G C N C

Chl C and biomass as C (carbon) in different scenarios of

parameterization showing consistent results

Microalgae Biomass Modelling

Citacioacuten GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y

MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 13-21

Correspondencia del Autor (Correo electroacutenico lucianoaguileraitcmedumx)

dagger Investigador contribuyendo como primer autor

ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

14

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GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

Actualmente existe una preocupacioacuten derivada

del raacutepido crecimiento de la poblacioacuten mundial

y a que los avances en la tecnologiacutea han

incrementado la demanda energeacutetica la cual se

proyecta a incrementar en un 50 o maacutes para el

antildeo 2030 (Enamala et al 2018 Raheem

Prinsen Vuppaladadiyam Zhao amp Luque

2018 Shuba amp Kifle 2018)

Las reservas de petroacuteleo no pueden

compensar la tasa de consumo actual ya que es

105 veces maacutes raacutepida de lo que la naturaleza

puede proveer Adicionalmente el uso de los

combustibles foacutesiles produce emisiones de gases

de efecto invernadero y la subsecuente

acumulacioacuten de CO2 en la atmosfera lo que

produce el calentamiento global Encontrar

nuevas fuentes energeacuteticas que sean tecnoloacutegica

y econoacutemicamente viables es sumamente

importante hoy en diacutea (Enamala et al 2018

Finkel et al 2010 Raslavičius Striūgas amp

Felneris 2018 Shuba amp Kifle 2018)

Una alternativa es el uso de organismos

fotosinteacuteticos capaces de aprovechar la luz solar

para producir compuestos orgaacutenicos Entre

estos destacan las microalgas que se han

estudiado como fuente de biomasa viable para

producir biocombustibles alimentos

medicamentos entre otros productos de intereacutes

comercial (Garciacutea Vizcaiacuteno 2018 Gupta Lee

amp Choi 2015 Kenny amp Flynn 2014 2017)

Ademaacutes a traveacutes de la fotosiacutentesis las

microalgas reducen las emisiones de dioacutexido de

carbono en la atmosfera (Rizwan Mujtaba

Memon Lee amp Rashid 2018)

La luz es el factor maacutes importante

afectando la cineacutetica de la fotosiacutentesis algal En

general la mayoriacutea de los sistemas de cultivo en

masa de las microalgas estaacuten limitados por la luz

porque esta es faacutecilmente absorbida y dispersada

por las ceacutelulas de las algas (Jeon Cho amp Yun

2005 Lehmuskero Chauton amp Bostroumlm 2018

Url amp Geider 2012)

Sin embargo comprender el

comportamiento metaboacutelico de las microalgas

para producir biomasa es principalmente

importante Es por ello por lo que a continuacioacuten

se describe maacutes acerca de dicho tema La

composicioacuten quiacutemica de las ceacutelulas de las algas

variacutea con la disponibilidad de nutrientes

(Davidson 1996)

Se ha simulado el metabolismo de

diferentes tipos de fitoplancton para relacionar la

asimilacioacuten de nutrientes con la composicioacuten

quiacutemica celular Es importante utilizar modelos

realistas que reflejen el estatus de los nutrientes

apropiadamente (K Flynn amp Butler 2007

Kevin J Flynn 2001a 2001b Kevin J Flynn

2013 Lopez Ponte 2019) Este tipo de modelos

desarrollados para muacuteltiples grupos de

fitoplancton tiene utilidad potencial en su

aplicacioacuten para dilucidar informacioacuten propia del

metabolismo intracelular que tiene lugar en los

diferentes sistemas de produccioacuten de biomasa

derivada de microalgas (Kevin J Flynn 2001a)

Tradicionalmente los modelos

matemaacuteticos para el crecimiento de algas

emplean las ecuaciones de Monod o los modelos

de cocientes de Caperon y Droop (Caperon

1967) En tales modelos la mayoriacutea de los

detalles bioloacutegicos son combinados en

ecuaciones singulares Aunque tienen la ventaja

de la simplicidad pero la desventaja de que no

pueden manipular interacciones multinutritivas

por lo que pueden llegar a tener poca

aproximacioacuten a la realidad Una estrategia

alternativa es formular modelos con

componentes mecanicistas que imiten mucho

maacutes de cerca las interacciones fisioloacutegicas de las

algas(Kevin J Flynn 2001a Garciacutea-Camacho

Saacutenchez-Miroacuten Molina-Grima Camacho-

Rubio amp Merchuck 2012)

El modelo que se seleccione debe reflejar

el del sistema objetivo en una amplia gama de

factores externos y por lo tanto ser de uso maacutes

general Previamente se han descrito modelos

mecanicistas individuales para varios aspectos

de fisiologiacutea de nutrientes en el fitoplancton

como aquellos que describen la interaccioacuten el

amonio y nitrato seguidos por descripciones de

la aclimatacioacuten a la luz y liberacioacuten de nitritos y

nutricioacuten de fosfato Los modelos mecanicistas

anteriormente mencionados pueden ser

modificados para contemplar casos que

correspondan a especies y condiciones de luz

particulares Los requerimientos de un escenario

en particular dictan el nivel de detalle necesario

en el modelo de microalgas a establecer Las

caracteriacutesticas comunes incluyen el uso

generalizado de los procesos de

retroalimentacioacuten que emplean funciones

hiperboacutelicas y sigmoidales rectangulares

normalizadas a los tamantildeos maacuteximos de las

reservas de nutrientes que regulan el transporte

de los nutrientes intracelulares (K J Flynn 1997

Kevin J Flynn 2013)

15

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GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

El objetivo de este trabajo es estudiar la

evolucioacuten dinaacutemica de los cocientes de

Glutamina- Carbono (GC) Nitroacutegeno-Carbono

(NC) Clorofila-Carbono (ChlC) y el

crecimiento de biomasa (C) en microalgas

verdes a traveacutes de un modelo mecanicista que

responda a cambios de la irradiancia (DFF) y

disponibilidad de nutrientes como Amonio (A) y

Nitroacutegeno (N) utilizando herramientas de

modelado matemaacutetico para simular fenoacutemenos

como la fotoaclimatacioacuten e interacciones

multinutriente en dichos organismos El presente

modelo contiene paraacutemetros que pueden

estimarse a partir de experimentos o anaacutelisis de

datos existentes que pueden utilizarse para

reproducir escenarios particulares de simulacioacuten

que precisen significativamente el

comportamiento de algas especiacuteficos

El esquema del modelo dado en la Figura

1 contiene cuatro variables de estado

describiendo la biomasa (C) los cocientes-C de

glutamina (GC) nitroacutegeno (NC) y clorofila

(ChlC) Debido a que todos los cocientes de

nutrientes variacutean no solo con la entrada y salida

de nutriente si no tambieacuten con los cambios en la

cantidad de C (debido a la respiracioacuten y la

fotosiacutentesis) todas las ecuaciones diferenciales

para los cocientes de nutriente en relacioacuten al C

incluyen el termino de velocidad especifica de

crecimiento de Carbono Cmicro (Kevin J Flynn

2001a) Por lo tanto para los nutrientes como X

con cocientes XC (donde XC es la proporcioacuten de

masa XC) se tiene que

d

dt∙ XC =

1

119862∙

d

dt∙ X minus Cmicro

119883

119862 (1)

Figura 1 Esquema de la estructura del modelo dinaacutemico

que muestra los principales flujos dentro y fuera de las

variables de estado (flechas soacutelidas y Tabla s) de los

paraacutemetros externos (nutrientes e irradiancia DFF) Las

variables de estado y los paraacutemetros externos se explican

en las Tablas 5 y 6 respectivamente

Fuente Elaboracioacuten propia basada en (Kevin J Flynn

2001a)

Metodologiacutea

La metodologiacutea empleada para desarrollar el

presente trabajo se describe a continuacioacuten El

presente modelo ha sido desarrollado a partir de

la combinacioacuten de componentes simplificados

de modelos dinaacutemicos mecanicistas previamente

propuestos para simular el crecimiento de

fitoplancton como funciones de amonio nitrato

luz fierro silicio fosforo y temperatura Como

siguiente paso los componentes se modificaron

para personalizar la estructura omitiendo

secciones que no aplican para el objetivo de

estudio En el presente modelo no se consideran

organismos de tipo diatomeas por lo que todas

las ecuaciones referentes a el silicio del modelo

original se removieron esto debido a que las

diatomeas contienen siacutelice en su pared celular y

las microalgas verdes no

Asiacute mismo tambieacuten se omitieron aquellas

ecuaciones que hacen referencia al tamantildeo

ceacutelulas debido a que solo se llevaran a cabo

simulaciones de la biomasa C sin dicho efecto

Para estaacute primera etapa de construccioacuten del

modelo no es necesario incluir una entrada de

Fierro (Fe) por lo que tambieacuten se omitioacute dentro

del modelo Asiacute mismo las reservas orgaacutenicas e

inorgaacutenicas de fosforo no fueron consideradas

De las simplificaciones anteriores se

seleccionaron los paraacutemetros auxiliares y

constantes referentes a la descripcioacuten de la

dinaacutemica de GC NC ChlC y la produccioacuten de

biomasa C en el tiempo que podriacutea ser utilizado

en microalgas verdes

Una vez realizada la simplificacioacuten de

variables se codificoacute el modelo en GNUreg

Octave versioacuten 441 La resolucioacuten numeacuterica

del modelo se realizoacute con funcioacuten la LSODE

(Livermore Solver for ODEs) la cual resuelve

expliacutecitamente sistemas stiff y no stiff

empleando la matriz Jacobiana (Gallagher amp

Smith 2018 Hindmarsh 1982) Para la

representacioacuten graacutefica de dichas soluciones se

utilizoacute Pythonreg 371 Posteriormente se fijaron

distintos escenarios de simulacioacuten para observar

el comportamiento del modelo las cuales se

discuten en el apartado de resultados La

descripcioacuten de las ecuaciones utilizadas se

muestra a continuacioacuten La descripcioacuten de los

paraacutemetros y sus valores se puede revisar en la

seccioacuten de anexos en las tablas 5 6 7 y 8

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GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

El valor maacuteximo del transporte de

amonio varia con el estatus del N en las ceacutelulas

y estaacute representado por Atq Las pruebas

condicionales booleanas (dentro de en las

ecuaciones) toman el valor de 1 si es verdadero

y 0 si es falso Ver tablas 56 y 7

Atq = 1

NCgt A4 ∙ Um ∙ A1 (1 minus e

A2∙(1

NCminusA4)

) ∙

eA3∙(

1

NCminusA4)

(2)

El transporte del amonio (At) estaacute

limitado por Atq que a su vez es una funcioacuten

hiperboacutelica de la disponibilidad del amonio

externo y se representa por la concentracioacuten

intracelular de un producto temprano de la

asimilacioacuten inorgaacutenica de nitroacutegeno (GC)

usando una funcioacuten sigmoidal Para ello se

utilizoacute la ecuacioacuten (3) Ver tablas 5 6 7 y 8

At = (AmG minus GC) gt 0 ∙ Atq ∙A

A+Akt∙

(1minusGC

AmG)4

(1minusGC

AmG)4+AhG

(3)

Para representar el valor maacuteximo de

transporte del nitrato se utilizoacute la ecuacioacuten (4)

Ver tablas 56 y 7

Ntq = 1

NCgt A4 ∙ Um ∙ N1 (1 minus

eN2∙(1

NCminusN4)) ∙ eN3∙(

1

NCminusN4)

(4)

Las interacciones de corto plazo entre el

amonio y el nitrato estaacuten controladas por el valor

de GC GC se sintetiza usando las entradas de N

de las fuentes inorgaacutenicas de N Dichas

interacciones se plantean en la ecuacioacuten (5) Ver

tablas 5 67 y 8

Nt = (

GC lt NmG1 ∙ Ntq ∙

N

N+Nkt∙

(1minusGC

NmG1)

4

(1minusGC

NmG1)

4+NhG

) +

(

GC lt NmG2 ∙ 10 ∙ Ntq ∙

N

N+200+Nkt∙

(1minusGC

NmG2)

4

(1minusGC

NmG2)

4+NhG

) (5)

El Nitroacutegeno proveniente de amonio yo

nitrato llevan a cambios en la concentracioacuten de

glutamina GC que a su vez proporciona una

regulacioacuten de retroalimentacioacuten del transporte

Para esta descripcioacuten se utilizoacute la ecuacioacuten (6)

Ver tablas 5 6 y 7

d

dt∙ GC = At + Nt minus 2 ∙ Um ∙ NCm ∙ NCu ∙ (2 minus

NCminus1198731198620

NCmminus1198731198620) ∙

(1+119860119860119898119866)∙GC

119866119862+119860119860119898119866∙ CAAs minus GC ∙

Cmicro (6)

El nitroacutegeno proporcionado por GC es

utilizado para sintetizar todos los componentes

nitrogenados NC La velocidad de siacutentesis de

NC es una funcioacuten hiperboacutelica de GC y estaacute en

funcioacuten del estatus de nitroacutegeno actual

representado por NCmicro La ecuacioacuten 7 se utilizoacute

para representar la velocidad de siacutentesis de NC

Ver tablas 6 7 y 8

d

dt∙ NC = Um ∙ NCm ∙ NCmicro ∙ (2 minus

NCminusNC0

NCmminusNC0) ∙

(1+AAmG)∙GC

GC+AAmG∙ CAAs minus NC ∙ Cmicro (7)

Para describir la velocidad relativa de

crecimiento NCmicro se utilizoacute la ecuacioacuten (8)

Ver tablas 5 6 y 7

NCmicro = NCm gt NC ∙(NCminusNC0)

(NCminusNC0)+NCk∙

(NCminusNC0)+NCk

(NCmminusNC0)+ NC ge

NC0 (8)

La fotoaclimatacioacuten se describe por la

proporcioacuten algal de clorofila con respecto a C-

biomasa (ChlC) Para representar los cambios

en el contenido de la clorofila representada como

se utilizoacute la ecuacioacuten (9) La siacutentesis de ChlC

estaacute en funcioacuten del estatus de N (ecuacioacuten 8) La

siacutentesis de ChlC es una funcioacuten hiperboacutelica

limitada por el maacuteximo valor (ChlCm) posible

de ChlC Ver tablas 5 6 y 7

d

dt∙ ChlC = ChlCm ∙ NCmicro ∙ M ∙ Um ∙ CAAs ∙

(1 minusPS

Pqm) ∙

(1minusChlC

ChlCm)

(1minusChlC

ChlCm)+005

minus ChlC ∙ (Cmicro +

(1 minus NCmicro )) ∙ Um (9)

Para representar la maacutexima velocidad de

fotosiacutentesis Pqm se utilizoacute la ecuacioacuten (10) la

cual estaacute en funcioacuten de NC descrita por NCmicro Ver tablas 6 7 y 8

Pqm = (Um + rbasal + Ncm ∙ Um ∙ (redco +

15)) ∙ NCmicro (10)

Para representar la respiracioacuten basal se

utilizoacute la ecuacioacuten (11) La funcioacuten con NC

asegura que las ceacutelulas cesan su respiracioacuten a

altos valores NC Ver tablas 5 6 y 7

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Quiacutemica y Fiacutesica 2019

rbasal = Um ∙ 005 ∙101(

NCmminusNC

NCmminusNC0)

(NCmminusNC

NCmminusNC0)+001

(11)

Para representar la disponibilidad de

Carbono CAAs que controla la siacutentesis de ChlC

en la oscuridad Se utilizoacute la ecuacioacuten (12) Ver

tablas 5 6 y 7

CAAs = (PS

Pqm+ Crva) lt 1 ∙ (

PS

Pqm+

Crva) + (PS

Pqm+ Crva) ge 1 (12)

Para representar la reserva de C

disponible para los procesos metaboacutelicos en la

oscuridad o a muy bajas cantidades de luz

cuando la fotosiacutentesis es inadecuada se utilizoacute la

ecuacioacuten (13) Ver tablas 5 6 y 7

Crva =(1minus

NC

Cres1)

4

(1minusNC

Cres1)

4+Cres2

(13)

Para describir la disponibilidad de C para

la siacutentesis de aminoaacutecidos y siacutentesis de clorofila

y la regulacioacuten de la reduccioacuten de nitrato a

amonio se utilizoacute la ecuacioacuten (14) Ver tablas 5

6 y 7

Nred = (PS

Pqm+ 006 ∙ Crva) lt 1 ∙

(PS

Pqm+ 006 ∙ Crva) + (

PS

Pqm+ 006 ∙

Crva) ge 1 (14)

Para describir la fotosiacutentesis con los

valores actuales de ChlC Pqm y irradiancia

(DFF) se utilizoacute la ecuacioacuten (15) Ver tablas 5

6 y 7

PS = Pqm ∙ TanH (α ∙ DFF ∙ChlC

Pqm ) (15)

La velocidad especifica de crecimiento

de C-biomasa representa el balance entre la

fotosiacutentesis y la respiracioacuten y para ello se utilizoacute

la ecuacioacuten (16) Ver tablas 5 6 y 7

Cmicro = PS minus (redco ∙ Nt + (At + Nt) ∙ 15 +rbasal) (16)

El incremento de C-biomasa esta dado

por la ecuacioacuten (17) Ver tablas 5 y 6 d

dt∙ C = C ∙ Cmicro (17)

Resultados

Los resultados de esta simulacioacuten muestran una

evolucioacuten de ChlC NC GC y C por 24 horas

en 3 escenarios de simulacioacuten distintos ver

Tabal 1 Los valores de los vectores numeacutericos

obtenidos en la simulacioacuten se pueden observar

en las tablas 2 3 y 4 respectivamente

En el Grafico 1 se puede observar los

resultados de la evolucioacuten de las variables

dinaacutemicas de ChlC NC GC y C por 24 horas

bajo condiciones saturadas de nutrientes N y A

y de irradiancia En el Grafico 2 se puede

observar los resultados de la evolucioacuten de las

variables dinaacutemicas de ChlC NC GC y C por

24 horas bajo condiciones saturadas de

nutrientes N y A y deficientes de irradiancia En

el Grafico 3 se puede observar los resultados de

la evolucioacuten de las variables dinaacutemicas de ChlC

NC GC y C por 24 horas bajo condiciones

saturadas de irradiancia pero limitadas de

nutrientes N y A

Discusioacuten de los resultados

En el grafico 1 se observa que debido a que el

nitroacutegeno como amonio (A) yo nitroacutegeno (N) de

la glutamina es la fuente para la siacutentesis de todos

los otros componentes nitrogenados en la ceacutelula

su valor decae a medida que se forman los

compuestos nitrogenados y por lo tanto se refleja

un aumento desde 007 gNgC hasta 01565206

gNgC en el valor de NC en un periodo de 24

horas Tambieacuten se observa que la velocidad de

siacutentesis de NC es una funcioacuten hiperboacutelica de

GC en funcioacuten del estado actual de NC en cada

unidad de tiempo regulado por NCu Asiacute mismo

se puede notar el decremento en el valor de la

clorofila a medida que la biomasa (C) se genera

En el graacutefico 2 se puede observar que el

valor de ChlC en ausencia de irradiancia

permanece esto puede ser debido a que no es

utilizada para la produccioacuten de biomasa El

decaimiento en la evolucioacuten dinaacutemica de la

biomasa puede deberse a la ausencia de

irradiancia para realizar los procesos

fotosinteacuteticos Asiacute mismo se observa un

decaimiento brusco de GC entre la primera y

octava hora pero despueacutes tiende a estabilizarse

por el control de retroalimentacioacuten En el graacutefico

3 se observa que el incremento de NC en el

tiempo es menor cuando las ceacutelulas son

expuestas a concentraciones bajas de nutrientes

a pesar de ello se presenta un leve incremento en

el valor de la biomasa hasta 00085307 gChlgC

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Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Por otra parte las interacciones de corto

plazo entre la asimilacioacuten de N y A estaacuten

controladas por el valor de GC GC se sintetiza

asiacute misma usando las entradas de las fuentes de

N provenientes del control de

retroalimentacioacuten

Escenario Paraacutemetros externos

N A DFF

1 10 10 1000

2 10 10 0

3 1 1 1000

Tabla 1 Valores de los paraacutemetros externos A N y DFF

colocados en cada escenario de simulacioacuten Ver tabla 8

Variables Valor inicial Valor final Grafico

GC 0005 00017483 gN119892minus1C

NC 007 01565206 gN119892minus1C

ChlC 009 00106285 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 00645372 microgC119897minus1C

Tabla 2 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 1 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Variables Valor inicial Valor final Unidad

GC 0005 00073072 gN119892minus1C

NC 007 01765232 gN119892minus1C

ChlC 009 00906502 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 00085307 microgC119897minus1C

Tabla 3 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 2 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Variables Valor inicial Valor final Unidad

GC 0005 000022903 gN119892minus1C

NC 007 007867897 gN119892minus1C

ChlC 009 001097006 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 001984692 microgC119897minus1C

Tabla 4 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 3 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Graacutefico 1 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 1

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Graacutefico 2 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 2

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Graacutefico 3 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 3

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Conclusiones

Se encontroacute que el modelo mecanicista

propuesto puede ser capaz de simular la

evolucioacuten dinaacutemica de los cocientes de

Glutamina- Carbono (GC) Nitroacutegeno-Carbono

(NC) Clorofila-Carbono (ChlC) y el

crecimiento de biomasa (C) en microalgas

verdes El modelo responde a cambios de la

irradiancia (DFF) y disponibilidad de nutrientes

como Amonio (A) y Nitroacutegeno (N) con las

herramientas de modelado matemaacutetico utilizadas

y muestra coherencia con planteamientos

teoacutericos revisados en la literatura (K Flynn amp

Butler 2007 Kevin J Flynn 2001a 2001b

Kevin J Flynn 2013)

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Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Prospectivas

En trabajos futuros se puede acoplar la

asimilacioacuten y transporte de fosforo (PC) entre

otros paraacutemetros externos Asiacute mismo tambieacuten

se pueden realizar trabajos de parametrizacioacuten

de las constantes candidatas mostradas en la

Tabla 7 para especies de microalgas particulares

que conlleven a disentildeos experimentales que

permitan obtener modelos particulares e

incrementar la informacioacuten de condiciones

oacuteptimas de obtencioacuten de biomasa derivada de

sistemas de cultivo de algas para la extraccioacuten de

diversos metabolitos de intereacutes en nuestra

regioacuten

Anexos

Ec Variable

de estado

Descripcioacuten Valor

Inicial

Unidad

6 GC GlutaminaCar

bono

ltAmG gN119892minus1C

7 NC NitroacutegenoCar

bono

ltNCm

NCo gN119892minus1C

9 ChlC ClorofilaCarb

ono

ltChlCm gChl119892minus1C

17 C Biomasa A criterio microgC119897minus1C

Tabla 5 Variables de estado y valores iniciales Fuente

(Kevin J Flynn 2001a)

Auxiliar Descripcioacuten Unidad

At Velocidad de transporte del

amonio gN119892minus1C119889minus1

Atq Transporte maacuteximo posible de

amonio a un dado NC gN119892minus1C119889minus1

rbasal Respiracioacuten basal gC119892minus1119862119889minus1

CAAs Disponibilidad de (C) para la

asimilacioacuten de (N) en

oscuridad

Ad

Crva Reservar disponible de (C) 0

si es miacutenimo 1 si es maacuteximo Ad

Cmicro Velocidad especifica de

crecimiento del cociente (C) gC119892minus1119862119889minus1

NCu NC normalizado 0 si es

miacutenimo y 1 si es maacuteximo Ad

Nred Disponibilidad normalizada

de (C) para la reduccioacuten de

nitrato en oscuridad 0 si es

miacutenimo y 1 si es maacuteximo

Ad

Nt Velocidad de transporte del

nitrato gN119892minus1119862119889minus1

Ntq Velocidad maacutexima de

transporte de nitrato a NC

actual

gN119892minus1119862119889minus1

PS Velocidad de fotosiacutentesis gC119892minus1119862119889minus1

Tabla 6 Variables auxiliares Ad adimensional

Fuente (Kevin J Flynn 2001a)

Constante Definicioacuten valor Unidad

A1 Constante que relaciona

NC y At

-0705 gN119892minus1C

A2 Constante que relaciona NC y At

0982 Ad

A3 Constante que relaciona

NC y At

-1061 Ad

A4 Constante que relaciona

NC y At el miacutenimo

CN para el transporte

de amonio

534 gC119892minus1119873

AAmG Constante de saturacioacuten

media para la siacutentesis de

AAs de la glutamina

0001 gN119892minus1C

AhG Constante para la

supresioacuten del transporte

de amonio por GC

01 Ad

Akt Constante de saturacioacuten media para el transporte

de amonio

14 microgN119897minus1

α 8times 10minus6

(119898minus2119892minus1119862ℎ119897 119886)(119892119862119898119900119897minus1119891119900119905oacute119899)

AmG Tamantildeo de la piscina de

glutamina que para el

transporte de amonio

001 gN119892minus1C

ChlCm Contenido maacuteximo de

ChlC

009

Cres1 Constante para

computar reserva de C valor de NC cuando

Crva es 0

02 gN119892minus1C

Cres2 Constante para

computar reserva de C

001 Ad

M

Escalar para optimizar

fotoaclimatacioacuten

2 Ad

N1

Constante que relaciona

NC y Nt

-02907 gN119892minus1C

N2

Constante que relaciona

NC y Nt

17644 Ad

N3

Constante que relaciona

NC y Nt

-19282 Ad

N4

Constante que relaciona

NC y Nt

547 gC119892minus1119873

NCk Constante para el

control de N del C-

crecimiento especifico

1 gN119892minus1C

NCm

Maacuteximo NC bajo crecimiento balanceado

015 gN119892minus1C

NhG Constate para la supresioacuten del transporte

de N por la glutamina

005 Ad

Nkt Constate de saturacioacuten

media para el

transportador de nitrato

1 valor para el

transportador 2 es 200

veces este valor

14 microgN119897minus1C

NmG1 Tamantildeo de la piscina de

glutamina que detiene el transporte de nitrato a

traveacutes del transportador

1

0003 gN119892minus1C

NmG2 Tamantildeo de la piscina de

glutamina que detiene el

transporte de nitrato a

traveacutes del transportador

2

0006 gN119892minus1C

redco

Respiracioacuten de Carbono

de apoyo para la reduccioacuten de nitrato a

amonio

171 gC119892minus1119873

Um

Maacutexima velocidad de

crecimiento

1 gC119892minus1119862119889minus1

Tabla 7 Constantes aquellas marcadas son candidatas

para parametrizacioacuten Ad adimensional

Fuente (Kevin J Flynn 2001a)

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Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad

A Amonio microgN119897minus1

N Nitrato microgN119897minus1

DFF Densidad de flujo de

fotones micromol119898minus2119889minus1

Tabla 8 Paraacutemetros externos Fuente (Kevin J Flynn

2001a)

Agradecimiento

Se agradece al Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

por todos los apoyos y servicios prestados por

mis profesores para la realizacioacuten de este trabajo

Asiacute mismo a CONACYT por la beca otorgada

durante mis estudios de doctorado

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Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 22-30

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Design and construction of a Compound Parabolic Concentrator (CPC) Solar

collector for air heating testing

SORIA-MEJIacuteA Sandra Palomadagger AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten

y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo-Ingenieriacutea en Energiacuteas Renovables

ID 1er Autor Sandra Paloma Soria-Mejiacutea ORC ID 0000-0002-0664-0688

ID 1er Coautor Joseacute Emmanuel Ambrosio-Juarez ORC ID 0000-0002-4741-9269 CVU CONACYT ID 563918

ID 2do Coautor Ivaacuten Toledo-Manuel ORC ID 0000-0001-9498-5506 CVU CONACYT ID 477272

ID 3er Coautor Joseacute Sabaacutes-Segura ORC ID 0000-0003-4579-0192 CVU CONACYT ID 891182

DOI 1035429JCPE20191962230 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

En este trabajo se presenta una propuesta de disentildeo y la

evaluacioacuten teoacuterica y experimental de un colector solar de

tipo concentrador paraboacutelico compuesto (CPC) con

absorbedor tubular para pruebas de calentamiento de aire

con rendimientos teacutermicos ideales para aplicaciones como

el secado y sistemas de acondicionamiento de aire El

colector consiste en cuatro concentradores formados de

laacutemina galvanizada que hacen la funcioacuten de reflejar la luz

solar hacia los tubos absorbedores con una relacioacuten de

concentracioacuten de 25 y un semiaacutengulo de aceptacioacuten de

235ordm con el objetivo de no requerir de un sistema de

seguimiento solar El absorbedor es un tubo de cobre

donde el aire circula Con esta propuesta del colector se

obtuvo una eficiencia teoacuterica de 25 lo que representa

una tercia parte de ganancia de energiacutea comparaacutendolo con

un CPC comercial Esta eficiencia se obtuvo de acuerdo a

lo materiales y dimensiones implementados El sistema es

teacutecnicamente factible de utilizarse para procesos de baja

temperatura con calidad promedio de 60 ordmC con lo que se

puede producir ahorros energeacuteticos significativos y

reduciendo la cantidad de emisiones de CO2 favoreciendo

al medio ambiente

Colector solar CCP Calentamiento de aire

Abstract

This paper presents a design proposal and the theoretical

and experimental evaluation of a solar collector of

parabolic concentrator type (CPC) with tubular absorber

for air heating tests with ideal thermal performances for

applications such as drying and conditioning systems air

The collector consists of four concentrators formed of

galvanized sheet that make the function of reflecting the

sunlight towards the absorber tubes with a concentration

ratio of 25 and an acceptance half-angle of 235ordm with the

objective of not requiring a system of solar tracking The

absorber is a copper tube where the air circulates With this

proposal from the collector a theoretical efficiency of

25 was obtained which represents a third part of energy

gain compared to a commercial CPC This efficiency was

obtained according to the materials and dimensions

implemented The system is technically feasible to be used

for low temperature processes with average quality of 60

ordmC which can produce significant energy savings and

reducing the amount of CO2 emissions favoring the

environment

Solar collector CCP Air heating

Citacioacuten SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-

SEGURA Joseacute Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas

de calentamiento de aire Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 22-30

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico josesabastecabasoloedumx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El crecimiento demograacutefico y su constante

desarrollo generan un desequilibrio ecoloacutegico en

el planeta generando fuentes de contaminacioacuten

que conllevan el deterioro de los recursos

naturales y el calentamiento global incontrolado

Meacutexico presenta una fuerte dependencia de los

combustibles foacutesiles para la generacioacuten de

energiacutea eleacutectrica presentando la tasa de

crecimiento anual de consumo de electricidad

maacutes alta entre los paiacuteses de EUA y Canadaacute con

34 por efecto de la progresiva demanda de

recursos energeacuteticos necesarios para su

expansioacuten econoacutemica (SENER 2015)

El uso de las fuentes de energiacuteas

renovables para la produccioacuten de energiacutea

eleacutectrica y calor en los distintos sectores

reduciriacutea en gran medida los problemas

econoacutemicos y medio ambientales en nuestro

paiacutes La tecnologiacutea que apunta a tener un mayor

auge es la energiacutea solar En Meacutexico se cuenta

con una excelente radiacioacuten solar disponiendo

en promedio anual de 45 a 56 kWhm2 de

radiacioacuten global media diaria (Herrera 2018)

El fin de este proyecto es utilizar la

energiacutea solar disponible mediante el disentildeo y la

fabricacioacuten de un colector solar de tipo

concentrador paraboacutelico compuesto (CPC) como

generador de aire caliente como un instrumento

de pruebas para cualquier aplicacioacuten que

requiera ser utilizado en hora solar punta a una

temperatura inferior a 60deg y que ademaacutes pueda

ser utilizado como una herramienta para el

ahorro de energiacutea Con este trabajo se quiere

fomentar una mayor investigacioacuten en el campo

de la energiacutea solar teacutermica para aplicaciones en

condiciones controladas para procesos de secado

o desinfeccioacuten a temperaturas que no superen los

70deg

Los CPC logran operar entre 30 a 200 degC

(UNAM 2018) asiacute pues en el presente trabajo

se profundiza en el disentildeo construccioacuten y

anaacutelisis del CPC como dispositivo captador de

radiacioacuten solar haciendo fluir el aire a traveacutes de

los tubos absorbedores para alguacuten proceso El

CPC se disentildea empleando materiales que

permiten la captacioacuten y absorcioacuten de la radiacioacuten

solar recibida en el lugar construyendo un

colector solar con cuatro reflectores de laacutemina de

acero galvanizada para formar los

concentradores y redirigir la radiacioacuten solar

desde la abertura hasta los receptores

Se agrega un receptor por cada

concentrador los cuales son encargados de

interceptar la energiacutea solar y transformarla en

energiacutea teacutermica empleando tubos de cobre por

ser un buen conductor teacutermico Su estructura es

realizada a base de materiales metaacutelicos para una

mejor rigidez y duracioacuten

Disentildeo del Colector Paraboacutelico Compuesto

(CPC)

El factor maacutes importante al disentildear este tipo de

colector es la relacioacuten de concentracioacuten que

para un sistema lineal viene dada por la

ecuacioacuten 1 (Duffie amp Beckman 2013)

C = Aa

Ar =

1

sin θa (1)

Para colectores CPC estacionarios el

aacutengulo de aceptacioacuten miacutenimo deberaacute ser igual a

47deg este aacutengulo seraacute capaz de cubrir la

declinacioacuten del sol desde el solsticio de verano

hasta el solsticio de invierno (2 x 235 deg) (Loacutepez

2011)

Un CPC con absorbedor tubular se disentildea

en base a la relacioacuten de concentracioacuten que se

requiere y al diaacutemetro exterior del tubo

absorbedor Para la construccioacuten de la paraacutebola

y la involuta del CPC se toma como referencia la

figura 1

Donde S es un punto geneacuterico en el

reflector el segmento RS es la tangente al tubo

absorbedor O es el centro del tubo r es el radio

del tubo AB es la parte de la involuta y BC es la

paraacutebola de la curva compuesta

Figura 1 Descripcioacuten del CPC para un receptor tubular

Fuente Blanco Gaacutelvez et al 2006

24

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

La ecuacioacuten 2 define el rango de la curva

de la involuta donde θ estaacute dado en radianes

0le θ le [(π

2 ) + θa] (2)

Las siguientes ecuaciones definen las

coordenadas x y para obtener la involuta de la

curva compuesta

x = r ( sin θ - θ cos θ) (3)

y = r (- cos θ - θ sin θ ) (4)

Para la parte de la paraacutebola en la curva

compuesta el rango para el valor del aacutengulo de

disentildeo θ va de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

[(π

2) + θa] le θ le [(

2) -θa] (5)

Donde las ecuaciones para las

coordenadas x y de la paraacutebola son

x = r [sin θ - π

2 + θa + θ - cos(θ - θa)

(1+ sin(θ - θa)) (cos θ)] (6)

y = r [- cos θ - π

2+ θa + θ - cos(θ - θa)

(1+ sin(θ - θa)) (sen θ)] (7)

Las ecuaciones anteriores son

programadas en el software Matlab para obtener

la geometriacutea del CPC teniendo como resultado

la figura 2 en donde el semiaacutengulo de aceptacioacuten

θa es igual a 235deg y el diaacutemetro del tubo

absorbedor es de 00142875 m para un iacutendice de

concentracioacuten de 25 el cual se encuentra dentro

del rango vaacutelido para este tipo de colector

Figura 2 Geometriacutea del Colector ciliacutendrico paraboacutelico

A continuacioacuten se simula el

comportamiento oacuteptico del CPC en el software

Tonatiuh en donde se realiza el trazado de rayos

desde una fuente solar supuesta hacia el CPC y

asiacute observar la reflexioacuten y recepcioacuten de los rayos

solares En la figura 3 se puede observar los

resultados obtenidos de la simulacioacuten donde se

percata que los rayos solares entran en el aacuterea de

abertura del colector luego son reflejados por la

laacutemina para despueacutes ser captados y absorbidos

por el tubo receptor

Figura 3 Comportamiento oacuteptico del CPC simulado en

Tonatiuh

Anaacutelisis Teoacuterico del Rendimiento Teacutermico del

CPC

El caacutelculo del rendimiento de los colectores de

concentracioacuten sigue los mismos lineamientos

generales que para los colectores de placa plana

(Duffie amp Beckman 2013) usando la siguiente

ecuacioacuten

η = Q

u

S ∙ Ac

(8)

Para determinar el calor uacutetil (Qu) se

implementa la ecuacioacuten 9

Qu= FR∙ Aa [S -

Ar

AaUL(Ts - Ta)] (9)

Donde la energiacutea que entra al sistema se

deriva de la radiacioacuten solar absorbida por la

tuberiacutea receptora del colector (S) la cual se

estima para cielo despejado a partir de la

siguiente ecuacioacuten condicionada por la

geometriacutea del colector

S = AC (Gb ∙ τcb∙τCPCb ∙ αb + Gd ∙ τcd ∙

τCPCd ∙ αd + Gg∙ τcg ∙ τCPCg ∙ αg) (10)

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Luego es necesario estimar la

contribucioacuten de la radiacioacuten directa (G subiacutendice

b por beam radiation) la radiacioacuten difusa (G

subiacutendice d por diffuse radiation) y la radiacioacuten

reflejada por el suelo (G subiacutendice g por ground-

reflected radiation) donde se consideran los

criterios de las ecuaciones 11 y 12

Gb = F ∙ Gbn ∙ cos θ (11)

Gd =

Gd

C si (β + θa) lt 90deg

Gd

2(

1

C - cos β) si (β + θa) gt 90deg

(12)

Gg= 0 si (β + θa) lt 90degGg

2(

1

C - cos β) si (β + θa) gt 90deg

(13)

De la ecuaciones 12 y 13 seguacuten la

condicioacuten β+ϴa para este caso y sabiendo que el

aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la superficie

horizontal (β) de este colector es 21ordm y el

semiaacutengulo de aceptacioacuten ϴa es igual a 235ordm se

tiene β+ϴa= 445ordm que seraacute menor que 90ordm lo

que conlleva a resolver la ecuacioacuten 12 para

radiacioacuten difusa

Gd =Gd

C (14)

En cuanto a la radiacioacuten reflejada por el

suelo para este disentildeo se despreciara por ser

praacutecticamente nula cumplieacutendose la primera

condicioacuten

Gg= 0 (15)

Con los puntos anteriores determinados

la ecuacioacuten 10 resulta de la siguiente manera

S = AC (Gb ∙ τcb ∙ τCPCb ∙ αb + Gd ∙ τcd ∙

τCPCd ∙ αd) (16)

El colector propuesto no posee cobertura

ni en la estructura ni en los absorbedores por lo

tanto

τcb = τcd = τc = 1 (17)

Para encontrar el valor de la

transmisividad efectiva del CPC (τCPC ) se toma

en cuenta la fraccioacuten de la radiacioacuten que pasa a

traveacutes de la abertura del colector que se

concentra en el receptor donde la reflectividad

especular de las paredes de los concentradores

(ρr) y del nuacutemero promedio de reflexiones (nr)

esta transmitancia se expresa como (Duffie amp

Beckman 2013)

τCPCb = τCPCd = τCPC

= ρrnr (18)

nr = 1 - 1

Cm

(19)

Se debe conocer la absortancia de la

superficie receptora de cobre (αr) para la

radiacioacuten que seraacute el mismo valor para la

radiacioacuten directa (αb) y la radiacioacuten difusa (αd)

Entonces de acuerdo con (Duffie amp Beckman

2013) la ecuacioacuten 16 se reduce a la ecuacioacuten 20

donde la radiacioacuten solar total (G) es la suma de

las radiaciones directa (Gb) y difusa (Gd)

S = Ac ∙ G (τr ∙ τCPC ∙ αr) (20)

G = Gb + Gd (21)

(Hottel 1976) ha presentado un meacutetodo

para estimar la radiacioacuten transmitida a traveacutes de

atmoacutesferas claras que toma en cuenta el aacutengulo

cenital y la altitud para una atmoacutesfera estaacutendar y

para cuatro tipos de clima (Duffie amp Beckman

2013) el cual es utilizado para hallar la radiacioacuten

directa y difusa mediante las siguientes

ecuaciones

Gb = Go ∙ τb (22)

Gd = Go∙ τ119889 (23)

Donde la irradiancia extraterrestre se

puede conocer a partir de la ecuacioacuten 24

Go = 1367 (1 + 0033 ∙ cos 360 ∙ N

365) (24)

Para determinar las transmitancias

atmosfeacutericas para la radiacioacuten directa (τb) y

difusa (τd) se emplean las ecuaciones descritas

a continuacioacuten

τb = a0 + a1 exp (minus k

cos θz

) (25)

τd = 0271 - 0294 ∙ τb (26)

Donde los valores a0 a1 y k para la

atmoacutesfera estaacutendar se calculan a partir de las

ecuaciones siguientes para altitudes inferiores a

25 km asiacute como tambieacuten se requiere conocer el

coseno del aacutengulo cenital (ϴz) que viene dado

por la ecuacioacuten 30 (Hottel 1976)

a0 = 04237 - 00082 (6 - A)2 (27)

a1 = 05055 - 000595 (65 - A)2 (28)

k = 02711 - 001858 (25 - A)2 (29) cos θz = cos Φ ∙ cos δ ∙ cos ω + sin Φ ∙ sin δ (30)

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

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En la que el aacutengulo de declinacioacuten solar

(δ) se calcula a partir de la ecuacioacuten 31 y el

aacutengulo horario (ω) de la ecuacioacuten 32 la cual

solicita el nuacutemero del tiempo solar (Tsun)

conocieacutendolo por medio de la ecuacioacuten 33 que

conlleva a pedir el nuacutemero del tiempo del reloj

actual (Tclock) y a resolver la Ecuacioacuten del

Tiempo (ET) (Duffie amp Beckman 2013)

δ = 2345 sin [360

365(284 + N)] (31)

ω = (Tsun- 12) ∙ 15 (32)

Tsun = Tclock + ET plusmn 4 (Lstd - Lloc) (33) ET = 987 sin(2B) - 753 cos B - 15 sin B (34)

B = (N - 81)360

365 (35)

Ahora bien se procede a calcular la

energiacutea que sale del sistema y esta viene dada por

las peacuterdidas teacutermicas del receptor teniendo en

cuenta la conveccioacuten y la radiacioacuten de la

superficie asiacute como tambieacuten la conduccioacuten a

traveacutes de la estructura de soporte las cuales

deben estimarse generalmente en teacuterminos del

coeficiente de peacuterdida UL que se basa en el aacuterea

del receptor y estaacute dado por

UL = Q

loss

π ∙ e ∙ L (Tr - Ta) (36)

La peacuterdida de calor del receptor (Qloss)

estaacute dada por lo siguiente

Qloss

= π De L σ (Tr

4 - Ti4)

1εr

+ 1 - εr

εr(De

Di)

(37)

Para encontrar el factor de eliminacioacuten

de calor del colector (FR) se despeja de la

ecuacioacuten 38 encontrando el factor de flujo del

colector (Frsquorsquo) de la ecuacioacuten 40 y el factor de

eficiencia (Frsquo) de la ecuacioacuten 41 (Duffie amp

Beckman 2013)

F = FR

F (38)

F= m ∙ Cp

Ar∙ UL∙ F[1 - exp (-

Ar ∙ UL ∙ F

m ∙ Cp)] (39)

F= Uo

UL (40)

Donde el flujo maacutesico m se calcula

primeramente para la ecuacioacuten 39 mediante la

densidad del fluido la velocidad promedio y el

aacuterea de la seccioacuten transversal normal a la

direccioacuten del flujo (Ar)

m = ρ ∙ V ∙ Ar (41)

El coeficiente global de transferencia de calor

basado en el diaacutemetro del tubo receptor externo

(Uo) entre el entorno y el fluido se calcula como

se muestra en la ecuacioacuten 42

Uo = (1

UL

+ De

hfi ∙ Di

+ De ∙ ln (

DeDi

frasl )

2 ∙ kr

)

-1

(42)

En el cual el coeficiente de transferencia

de calor del fluido de trabajo (hfi) se basa en el

diaacutemetro interior del tubo receptor y para

estimarlo se despeja de la siguiente ecuacioacuten

Nu = hfi ∙ Di

kaire (43)

Donde el nuacutemero de Nusselt se encuentra

tomando en cuenta las siguientes condiciones

(Duffie amp Beckman 2013)

Nu = 040 + 054 para 01 lt Re lt 1000

030 Re06 para 1000 lt Re lt 50000 (44)

En las que el nuacutemero de Reynolds estaacute dado

para una temperatura de aire de 20ordmC calculado

por medio de la ecuacioacuten 45

Re = ρ ∙ V ∙ Di

μ (45)

Las diferencias entre tener un receptor sin

cobertura y un receptor con cobertura se

encuentran en el caacutelculo de la radiacioacuten solar

total absorbida por el colector (S) y el

coeficiente global de peacuterdidas teacutermicas (UL)

Los caacutelculos realizados sirvieron para analizar

las variables involucradas en este proyecto

Descripcioacuten del sistema

El sistema de calentamiento estaacute constituido de

4 superficies paraboacutelicas reflectoras de laacutemina

de acero galvanizada de 091 m de longitud que

tienen como receptores cada una un tubo de

cobre de 1 m y una estructura de aacutengulos de

acero como soporte

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

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Este colector solar CPC utiliza la energiacutea

solar para calentar el aire circundante en el

interior de los tubos que despueacutes puede ser

utilizado o almacenado

El colector debe estar orientado hacia el

sur en el hemisferio norte apuntando hacia el

ecuador y ademaacutes debe estar colocado a cierta

inclinacioacuten de manera tal que pueda captar la

mayor radiacioacuten solar posible

El funcionamiento es sencillo por un

extremo de los tubos absorbedores entra el aire

con una temperatura baja el cual se va

calentando al recorrer la tuberiacutea de cobre y

luego sale por otro extremo con una temperatura

elevada Para que el aire circule no es necesario

el uso de bombas o dispositivos similares

funcionando debido al cambio de densidades que

el aire sufre al calentarse

Construccioacuten del Colector CPC

A continuacioacuten se describe el proceso de

construccioacuten del colector solar CPC Los

materiales se describen en la tabla 1

Primeramente se cortoacute la hoja de laacutemina

galvanizada quedando piezas con dimensiones

de 0375 x 091 m Para hacer la forma

paraboacutelica de los concentradores se doblan cada

hoja de laacutemina mediante una maquina dobladora

de accionamiento manual que realiza los

pliegues de forma lineal a lo largo de la laacutemina

como se ve en la figura 4

Cantidad Material Dimensiones

1 Hoja de laacutemina de acero

galvanizada

3 x 091rdquo

1 Tramo de tubo de cobre 1rdquo

4 Tramos de aacutengulo de

acero

1 x 1 x 18ldquo

6 Tees de cobre 1rdquo

2 Codos de cobre 90ordm 1rdquo

20 Remaches de aluminio

12 Tornillos de cabeza

hexagonal

frac14rdquo

12 Tuercas frac14rdquo

12 Arandelas de presioacuten

Grower

frac14rdquo

2 Pintura de color gris y

negra

Tabla 1 Materiales requeridos para la construccioacuten del

colector CPC

A continuacioacuten se realiza la unioacuten entre

dos laminas para obtener 4 elementos por lo cual

se soldaacuten en la parte donde se hicieron los

pliegues teniendo como resultado los

concentradores mostrados en la figura 5

Figura 4 Hojas de laacutemina galvanizada dobladas

Figura 5 Concentrador ensamblado

Se construyeron recuadros para cada

concentrador con los aacutengulos de acero para

soportar estas superficies reflectoras y estos

fueron montados sobre un soporte que sostiene

las superficies reflectoras creando con un

aacutengulo de acero un rectaacutengulo con dimensiones

de 133 x 098 m la cual esta inclinada a 21ordm

colocaacutendoles 2 bases y 2 de figura 6

Se cortaron 4 trozos de tubo de cobre de

1 m para formar un circuito en paralelo usando

codos de cobre fijaacutendose este conjunto despueacutes

a cada concentrador mediante un soporte hecho

mostrado en la figura 6

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

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Figura 1 Colector solar tipo CPC

Evaluacioacuten Experimental

Para realizar el anaacutelisis teacutermico del sistema

primeramente se realizan las mediciones de las

variables climatoloacutegicas en el lugar de pruebas a

cada hora a lo largo de 7 horas durante un mes

utilizando un termoacutemetro infrarrojo En la

siguiente tabla se muestran los valores promedio

obtenidos en la cual se puede observar que la

temperatura de salida en el colector se alcanza a

las 300 pm

Hr Rad

Solar

(Wm2)

Temp

Ambiente

(K)

Temp

Receptor

(K)

Temp

Interior

(K)

Temp

Salida

(K)

1100 64060 29475 30355 30155 30695

1200 81480 29645 31255 30515 31885

1300 80360 29715 32005 30925 32335

1400 79290 29945 32395 31005 32685

1500 53000 30005 33095 31175 33425

1600 52560 29955 31025 30605 31975

1700 10170 29355 28925 29545 29855

Tabla 2 Mediciones en el CPC

En el graacutefico 1 se puede apreciar que la

temperatura de salida del colector tiende a seguir

el comportamiento de la temperatura ambiente

aumentado considerablemente e influyendo de

forma notable en el rendimiento del sistema

Graacutefico 1 Graacutefica de las temperaturas en el CPC

Para conocer la cantidad de radiacioacuten

solar absorbida por el colector CPC se hallan los

valores necesarios para cada diacutea de pruebas

obteniendo como promedios los expresados en la

tabla 3 donde se toman en cuenta los valores

geomeacutetricos del CPC los aacutengulos del

movimiento aparente del sol y los datos

geograacuteficos del lugar donde se realizaron las

pruebas

Con los paraacutemetros de disentildeo efectuados

en el capiacutetulo 2 se presentan a continuacioacuten en

la tabla 4 las caracteriacutesticas de cada

concentrador las cuales son basadas

baacutesicamente en el diaacutemetro del receptor y el

aacutengulo de aceptacioacuten propuesto Siacutembolo Valor Unidad

Irradiancia

promedio

IT 5900 Whm2

Horas Solar Pico HSP 7 h

Radiacioacuten solar

total

G 7900119 Wm2

Radiacioacuten directa Gb 6024938 Wm2

Radiacioacuten difusa Gd 1875181 Wm2

Radiacioacuten

extraterrestre

Go 13455766 Wm2

Constante solar Gsc 1367 Wm2

Transmitancia

atmosfeacuterica para la

radiacioacuten directa

τb 04478

Transmitancia

atmosfeacuterica para la

radiacioacuten difusa

τd 01394

Valores para

atmoacutesfera estaacutendar

a0 02729

a1 03690

K 02595

Altitud del lugar A 17110 km

Aacutengulo cenital cos ϴz 03476 ordm

Latitud del lugar Φ 204399 ordm

Declinacioacuten solar Δ 145856 ordm

Inclinacioacuten Β 21 ordm

Aacutengulo acimutal 120574 -1015457 ordm

Aacutengulo horario Ω 733624 ordm

Tiempo solar Tsun 168908

Tiempo estandar Tclock 15

Ecuacioacuten del

tiempo

ET 00908

B 384658

Longitud estandar Lstd -102 ordm

Longitud local Lloc -10155 ordm

Constante de Stefan

Boltzmann

Σ 567x10-8 Wm2K4

Tabla 3 Datos considerados para los caacutelculos de radiacioacuten

solar

La superficie receptora como se ha

mencionado anteriormente es un tubo de cobre

que por su durabilidad su propiedad

anticorrosiva y sus propiedades teacutermicas ha sido

elegido para este proyecto

250

270

290

310

330

350

370

390

1100

a m

1200

p m

0100

p m

0200

p m

0300

p m

0400

p m

0500

p m

Temperatura Ambiente [K]

Temperatura Receptor [K]

Temperatura Interior [K]

Temperatura de Salida [K]

η = 24

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

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En la tabla 5 se muestran las propiedades

que se tomaron en cuenta para los caacutelculos

considerando que la superficie fue pintada de

color negro para una mayor absorbancia de

calor

Siacutembolo Valor Unidad

Semiaacutengulo de aceptacioacuten ϴa 235 ordm

Concentracioacuten geomeacutetrica C 25

Longitud de abertura La 023 m

Altura del CPC H 032 m

Longitud del CPC L 091 m

Diaacutemetro exterior del tubo De 0028575 m

Diaacutemetro interior del tubo Di 00254 m

Espesor del receptor E 0003175 M

Aacuterea de abertura Aa 02093 m2

Aacuterea del receptor Ar 00817 m2

Nuacutemero total de

concentradores

4

Tabla 4 Caracteriacutesticas de cada CPC del colector solar

Siacutembolo Valor Unidad

Conductividad teacutermica Kr 385000 WmordmC

Absortividad αr 1

Emisividad ɛr 0037

Transmitancia τr 1

Tabla 5 Propiedades del receptor

La superficie reflectora elegida es la

laacutemina de acero galvanizada que es cortada en

segmentos y de la cual se requiere conocer para

el caacutelculo teacutermico la reflectividad especular de

esta mostraacutendose en la tabla 6

Siacutembolo Valor Unidad

Reflectividad especular ρr 078

Tabla 6 Reflectividad especular de la laacutemina galvanizada

El fluido de trabajo en este proyecto es el

aire pensando en las aplicaciones futuras que se

pudieran considerar donde en la tabla 7 se

muestran las propiedades de este a 20 ordmC asiacute

como tambieacuten la velocidad promedio que se

presenta en los diacuteas de pruebas

Siacutembolo Valor Unidad

Conductividad teacutermica Kaire 002476 Wm2K

Calor especifico Cp 1007 JkgK

Densidad Ρ 1204 kgm3

Velocidad V 01636 ms

Viscosidad dinaacutemica Μ 1825x10-5 kgms

Tabla 7 Propiedades del aire a 20 ordmC

Conociendo las propiedades y los datos

geomeacutetricos de los elementos que conforman el

colector CPC se procede a hallar las peacuterdidas

teacutermicas y la eficiencia del colector CPC en

donde la tabla 8 muestra los resultados

obtenidos

Siacutembolo Valor Unidad

Eficiencia del sistema Η 23

Aacuterea del colector Ac 08372 m2

Calor uacutetil Qu 950274 W

Radiacioacuten solar absorbida S 4957459 Wm2

Transmitancia del CPC τCPC 07495

Nuacutemero promedio de

reflexiones

nr 09574

Coeficiente global de

peacuterdidas de calor

UL 06816 Wm2K

Perdida teacutermica del

receptor

Qloss 01206 W

Factor de flujo del

colector

Frsquorsquo 09984

Factor de eliminacioacuten de

calor del colector

FR 09282

Factor de eficiencia del

colector

Frsquo 09297

Coeficiente global de

transferencia de calor

Uo 06337 Wm2K

Flujo maacutesico del aire 00161 kgs

Coeficiente de

transferencia de calor

dentro del tubo receptor

hfi 101406 Wm2K

Nuacutemero de Nusselt Un 104027

Nuacutemero de Reynolds Re 2741121

Tabla 8 Caracteriacutesticas geomeacutetricas y paraacutemetros de

caacutelculo en el colector solar tipo CPC

Se tiene que para estos diacuteas de pruebas se

consigue una eficiencia del 23 en promedio

siendo este factor importante en el disentildeo de

colectores ya que significa tener una ganancia al

retornar de forma uacutetil soacutelo una parte de la energiacutea

que recibe

Conclusiones

Al ser un colector de tipo estacionario se

consigue una baja concentracioacuten obteniendo

una radiacioacuten solar en el colector aceptable La

factibilidad de este trabajo es que cuenta con

concentradores como equipos principales hace

que se considere al colector cilindro paraboacutelico

compuesto como un camino viable tanto

econoacutemicamente como energeacuteticamente para

sistemas que requieran mantener una

temperatura baja en horas solares punta

Mediante los resultados obtenidos en este

proyecto se muestra que los resultados teoacutericos y

experimentales son similares asiacute mismo el

disentildeo probado permite que solo parte de la

radiacioacuten entre al colector permitiendo obtener

temperaturas de entre 50 y 60 degC La eficiencia

alcanzada por este proyecto es del 24 con

temperaturas de salida de 60 ordmC lo cual resulta

adecuado para ser implementado en sistemas que

requieran calor constante a temperaturas

relativamente bajas tales como invernaderos o

sistemas de climatizacioacuten

30

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Junio 2019 Vol6 No19 22-30

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

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potencial solar Espantildea Paraninfo

31

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 31-38

Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFT

Molecularly modeling an activated carbon anode as a platinum support by means of

DFT calculations

VALENZUELA-HERMOCILLO Ernestodagger1 PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan2 y RIVAS-CASTRO

Sofiacutea1

1Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero Carrertera federal Toluca- Ixtapan de la Sal Km 64 Col La Finca

CP 51763 Villa Guerrero Meacutexico 2Instituto Tecnoloacutegico de Toluca CP 52149 Estado de Meacutexico Meacutexico

ID 1er Autor Ernesto Valenzuela-Hermocillo ORC ID 0000-0002-1126-5835

ID 1er Coautor Juan Pacheco-Sanchez ORC ID 0000-0002-9525-5473

ID 2do Coautor Sofiacutea Rivas-Castro ORC ID 0000-0001-9278-0793

DOI 1035429JCPE20191963138 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

En este trabajo se presenta el modelamiento molecular de

un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino de

una celda de combustible de membrana de intercambio

protoacutenico (PEMFC) en la cual interacciona platino (Pt)

como catalizador soportado en carboacuten activado (CA) con

hidroacutegeno molecular (H2) con el fin de romperlo o

ionizarlo Se analiza la adsorcioacuten que existe entre CA y Pt

como aacutetomo o como una estructura superficial

FCC(cuacutebica centrada en las caras) miacutenima para observar

si existe alguna diferencia entre carboacuten activado y sin

activar en la reaccioacuten Pt-H2 Usando caacutelculos cuaacutenticos de

la Teoriacutea del Funcional de la Densidad (DFT) se investigoacute

la adsorcioacuten y el efecto del carboacuten activado sobre platino

empleando distintas estructuras de carboacuten y de platino

Nuestros resultados muestran que los carbones activados

proporcionan un soporte estable para los catalizadores de

platino teniendo en cuenta que el CA presenta un pozo de

energiacutea potencial menor para adsorber el platino

(fisisorcioacuten) en cambio un Carboacuten sin activar presenta un

pozo de energiacutea potencial mayor (quimisorcioacuten)

DFT Carboacuten Activado Soporte de Platino

Abstract

In this paper we present the molecular modeling of an

activated carbon anode as platinum support of a proton

exchange membrane fuel cell (PEMFC) in which

platinum (Pt) interacts as a catalyst supported in activated

carbon (CA) with molecular hydrogen (H2) in order to

break it or ionize it The adsorption between CA and Pt is

analyzed as an atom or as a minimum FCC(face-centered

cubic) surface structure to observe if there is any

difference between activated and non-activated carbon in

the Pt-H2 reaction Using quantum calculations of the

Density Functional Theory (DFT) the adsorption and the

effect of activated carbon on platinum were investigated

using different carbon and platinum structures Our results

show that the activated carbons provide a stable support

for the platinum catalysts taking into account that the CA

presents a well of lower potential energy to adsorb the

platinum (physisorption) whereas an activated carbon has

a potential energy well major (chemisorption)

DFT Activated Carbon Platinum Support

Citacioacuten VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado

molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT Revista de Energiacutea Quiacutemica

y Fiacutesica 2019 6-19 31-38

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico neto_alexhotmailcom)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El actual uso excesivo de combustibles foacutesiles ha

ocasionado el aumento de las emisiones de

contaminacioacuten ambiental asiacute como la creciente

demanda energeacutetica a nivel mundial han

provocado la necesidad de disentildear e investigar

nuevas fuentes alternas para producir energiacutea

eleacutectrica de manera maacutes eficiente y amigable con

el medio ambiente (Appleby A J 1996) Las

celdas de combustible de hidroacutegeno tipo

membrana de intercambio de protones(PEM)

pueden convertir de manera eficiente la energiacutea

quiacutemica en electricidad con el agua como uacutenico

subproducto (Barreras F and Lozano A

2012)

Las fuentes de energiacutea renovables en el

futuro todaviacutea pueden requerir que la energiacutea se

almacena como combustibles liacutequidos para el

transporte El carboacuten activado como soporte de

catalizadores (platino paldio niquel) altamente

selectivos eficaces y robustos son de

importancia pueden llegar a cumplir con este

desafiacuteo y son un aacuterea activa de investigacioacuten

(Valenzuela A 2016)

El carboacuten activado se caracteriza por su

estructura porosa bien desarrollada lo que le

confiere una elevada superfice y capacidad de

adsorcion (Stoeckli F 1990 Molina S M

Rodriacuteguez F Caturla F Selleacutes M J 1995) En

las uacuteltimas deacutecadas se han estudiado materiales

carbonos que pueden ser utilizados tanto en

sensores electroquiacutemicos como soporte

(electrodo) de catalizadores (platino) en celdas

de combustible (Litster S Mclean G 2004

Kim M Park JN Kim H Song S Lee W-

H 2006)

El objetivo de la investigacioacuten es analizar

y comparar los datos teoacutericos con los

experimentales de las reacciones que suceden en

un electrodo de una celda de combustible y

poder proponer nuevos materiales como es el

caso del carboacuten activado como soporte de

catalizadores para la construccioacuten de las mismas

celdas y que estas tengan una mayor eficiencia

En los estudios teoacutericos de la interaccioacuten

platino-carboacuten activado no son muy frecuentes

por lo tanto tenemos que estudiar para entender

claramente la mayor parte posible sus

mecanismos de reaccioacuten Esto se persigue con la

intencioacuten de construir un electrodo de una celda

de combustible

Mediante el uso de la teoriacutea funcional de

la densidad (DFT) (Parr R Yang W 1989) Se

analizaraacute la adsorcioacuten de distintas estructuras de

carboacuten y carboacuten activado sobre el platino Para

llegar a la energiacutea de disociacioacuten entre dos

aacutetomos hay dos maneras La fisisorcioacuten

(adsorcioacuten fiacutesica) se produce una interaccioacuten de

van der Waals estas son de largo alcance pero

son deacutebiles La fisisorcioacuten se puede medir

registrando el incremento de temperatura de una

muestra de capacidad caloriacutefica conocida siendo

los valores normales de alrededor de 20 kJmol

En la quimisorcioacuten (adsorcioacuten quiacutemica)

se produce una unioacuten formando un enlace

quiacutemico normalmente covalente teniendo a

buscar posiciones que maximicen su nuacutemero de

coordinacioacuten con el sustrato La quimisorcioacuten

son mucho mayores que las de fisioadsorcioacuten

estando alrededor de los 200 kJmol (Atkins P

Friedman R 2005) La distancia entre los

aacutetomos es tambieacuten mucho menor en la

quimisorcioacuten que en la fisisorcioacuten Las energiacuteas

de fisisorcioacuten y quimisorcioacuten que se calcularon

estaacuten presentes en el documento y se

compararaacuten con los datos teoacutericos y

experimentales

Metodologiacutea a desarrollar

Investigamos las interacciones del carboacuten y

carboacuten activado como soporte de aacutetomos de

platino variando las estructuras de carboacuten

(Anillo de 6 carbonos anillo activado de 6

carbonos Grafeno y Grafeno activado) a traveacutes

del programa de estructura electroacutenica DFT

propuesto por Delley (Delley B Ellis D

Freeman A and Baerends E 1983) Se utilizoacute

un funcional de tipo local para el potencial de

intercambio y correlacioacuten este funcional

propuesto por Perdew-Wang (PWC) (Perdew

JP and Wang Y 1992) de la Aproximacioacuten de

densidad local(LDA) (Von Barth U Hedin L

1972) incluyendo la polarizacioacuten de spin

(Oliver G L Perdew J P 1979)

Los sistemas en estudio se corrieron

utilizando los caacutelculos de spin no restringidos

all electroacuten y un conjunto de base de tipo

DND(doble numeacuterical + d-DNP) el tamantildeo del

conjunto de bases DND es comparables a los

conjunto Gaussian 6-31G ademaacutes se incluyen

los caacutelculos de campo autoconsistente (SCF)

(Atkins PW 1999)

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Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

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Las modelaciones iniciaron con sistemas

pequentildeos de aacutetomos de platino (Pt) y aacutetomos de

carboacuten (C) y se fue aumentando el numero de

aacutetomos C (Placa de grafeno) y a su vez los

aringtomos de Pt (Estructura FCC de platino) en el

plano [111] encontrando las distancias de

interaccioacuten y energiacuteas de equilibrio y asiacute

construir las curvas de energiacutea potencial y poder

analizar el efecto que causa el carboacuten activado

sobre el platino (la adsorcioacuten del sistema) Las

estructuras que se emplearon fueron activadas

con hidroacutexido de potasio (KOH) para el anillo y

cloruro de zinc (Cl2Zn) para la placa de grafeno

(Rivas SF Pacheco JH 2016 Pacheco-

Saacutenchez J H Zaragoza-Rivera I P and

Bravo-Ortega A A 2016)

Resultados

El sistema de estudio se enfocoacute en analizar el

efecto que causa el carboacuten activado sobre el

platino se utilizoacute carboacuten activado obtenido

mediante activacioacuten quiacutemica los agentes

activantes que se usaron para activar fueron

KOH y Cl2Zn obtenido en simulaciones

moleculares ( Rivas SF Pacheco JH 2016

Pacheco-Saacutenchez J H Zaragoza-Rivera I P

and Bravo-Ortega A A 2016) Como dato de

partida para nuestra investigacioacuten se tiene que la

energiacutea experimental de interaccioacuten Pt-C es de

628 eV (Atkins PW 1999) lo que equivale a

14482 Kcalmol Por lo que con esta

informacioacuten y apoyaacutendonos de la teoriacutea de los

funcionales de la densidad se inicio la

investigacioacuten buscando cual aproximacioacuten y que

funcional se aproximara a este dato

experimental

Interaccioacuten del sistema C6 y C6A con un

aacutetomo de platino

En las simulaciones de las interacciones C6A-Pt

(Figura 1) y la C6-Pt (Figura 2) encontramos que

las distancias interatoacutemicas del C6 y C6A son

similares ya que el C6 tiene sus enlaces de 1331

Aring y las del C6A oscila entre los 1333 Aring y 1423

Aring

Figura 1 Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6 A-Pt

Figura 2 Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6-Pt

En cuanto a la energiacutea de equilibro

encontramos que se necesita -986053 Kcalmol

para formar la moleacutecula C6A-Pt y la moleacutecula

C6-Pt necesita -983141 Kcalmol y la distancia

de la moleacutecula C6A-Pt es de 2742 Aring la cual es

mayor que la de la moleacutecula C6-Pt que tiene

2582 Aring y el tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial es de -25182 Kcalmol (Graacutefico 2)

para la moleacutecula C6-Pt y de -19511

Kcalmol(Graacutefico 1) para la moleacutecula C6A-Pt

Graacutefico 1 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6A-Pt

Graacutefico 2 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6Pt

Ener

giacutea

(K

cal

mol)

Distancia (Å)

En

ergiacutea

(K

cal

mol)

Distancia (Å)

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Por lo que nos damos cuenta que a pesar

de que la energiacutea y la distancia de la moleacutecula

C6A-Pt es maacutes grande se tiene un tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial menor que el de la

moleacutecula C6-Pt lo que nos indica que la

adsorcioacuten del C6A sobre Pt tiende a una

fisisorcioacuten y C6-Pt tiende a una quimisorsioacuten

Interaccioacuten perpendicular de la moleacutecula de

Hidroacutegeno y un aacutetomo de platino

Para encontrar la energiacutea del hidroacutegeno se

realizoacute la simulacioacuten del sistema Pt-H2 para

romper el enlace de la moleacutecula de hidroacutegeno

(H2) para ello se colocoacute la moleacutecula de

hidroacutegeno y a un aacutetomo de platino a una

distancia de 1335 Aring del centro del aacutetomo de

platino a cada uno de los aacutetomos de hidroacutegeno

(H) con una distancia interatoacutemica de la

moleacutecula de hidroacutegeno de 07 Aring (Figura 3 )

Figura 3 Sistema Pt-H2

Despueacutes de la optimizacioacuten geomeacutetrica

del sistema Pt-H2 se encontroacute que el punto de

equilibrio estaacute a una distancia de 1808 Aring y una

energiacutea de -1833 kcalmol (Figura 4a) Se le

realizoacute el caacutelculo de conectividad y se rompioacute el

enlace de los aacutetomos de hidroacutegeno y cada uno de

los aacutetomos de hidroacutegeno se enlazaron al aacutetomo

de platino (Figura 4b )

a) b)

Figura 4 a) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema Pt-H2

b) Calculo de conectividad

Para obtener la energiacutea que genera la

moleacutecula de hidroacutegeno al romper el enlace y

tener dos aacutetomos de hidroacutegeno se calculoacute el

pozo de energiacutea potencial y para ello se fijo el

aacutetomo de platino y se fueron alejando y

acercando los aacutetomos de hidroacutegeno y se obtuvo

un tamantildeo del pozo de -22751 kcalmol

(Graacutefico 3) lo que equivale a 09865 eV

Graacutefico 3 Curva de energiacutea potencial del sistema Pt-H2

Al compara el tamantildeo de pozo de la

graacutefico 3 con el valor experimental de la

interaccioacuten Pt-H2 se encontroacute que se aproxima

ya que el valor experimental es de 2652

Kcalmol lo que equivale a 115 eV (Emrick

RM 1982)

Influencia del anillo de carboacuten en la reaccioacuten

PtH2

La influencia del C6 en la reaccioacuten Pt-H2 (Figura

5a ) se comparan los sistemas Pt-H2 y C6-Pt-H2

(Figura 5b) para ello se calcularon los puntos de

equilibrio y tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial de ambos sistemas la moleacutecula de

PtH2 se forma a una energiacutea Eeq=-1833

Kcalmol y una distancia de 1808 Aring con un

tamantildeo de pozo de -22751 kcalmol y para

formar la moleacutecula de C6-Pt-H2 se necesita una

energiacutea de Eeq=-1126490 Kcalmol a una

distancia req=1827 Aring y el tamantildeo del pozo de

energiacutea potencial es de -23301 kcalmol

(Graacutefico 4)

a) b)

Figura 5 a) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema Pt-H2

b) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6-Pt-H2

Dado que las energiacuteas del tamantildeo de

pozo de estos sistemas son casi iguales entonces

se puede dice que el C6 ademaacutes de fungir como

un mero soporte tambieacuten aporta propiedades

cataliacuteticas y la superficie de C6 no sufre

modificaciones

En

ergiacutea

(K

cal

mo

l)

Distancia

(Å)

1 2 3 4 5

-20

-10

0

10

20

Interaccioacuten Pt-H2

Ene

rgiacutea

(K

ca

lm

ol)

Distancia r(Aring)

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Graacutefico 4 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6-Pt-H2

Dado que las energiacuteas del tamantildeo de

pozo de estos sistemas son casi iguales entonces

se puede dice que el C6 ademaacutes de fungir como

un mero soporte tambieacuten aporta propiedades

cataliacuteticas y la superficie de C6 no sufre

modificaciones

Interaccioacuten del sistema estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno y estructura cristalina fcc de platino

soportada en una estructura grafeno activada

En la simulacioacuten entre la estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno (Figura 6) y estructura cristalina FCC de

platino en el plano (111) (Arenas De P H

1994) soportada en una estructura grafeno

activada (Figura 7) Para ello se encontroacute que los

puntos de equilibro de estas estructuras se

encuentran a una distancia de 2196 Aring y una

energiacutea de -5814346 kcalmol y un pozo de

potencial de -217674 Kcalmol (Graacutefico 5) y a

2956 Aring de distancia y -574173 kcalmol de

energiacutea y un pozo de potencial de -

101181Kcalmol (Graacutefico 6) respectivamente

Figura 6 Optimizacioacuten geomeacutetrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino en el plano [111] soportada en

una estructura grafeno

Graacutefico 5 Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina FCC de platino en el plano [111]

soportada en una estructura grafeno

Al hacer crecer el sistema llegamos a

estos datos donde encontramos que se necesita

menos energiacutea para formar estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno activada que la que se necesita de la

estructura cristalina FCC de platino en el plano

[111] soportada en una estructura grafeno

Figura 7 Optimizacioacuten geometrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino en el plano [111] soportada en

una estructura grafeno activado

Graacutefico 6 Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina FCC de platino en el plano [111]

soportada en una estructura grafeno activada

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia

(Å)

En

ergiacutea

(K

cal

mo

l)

Distancia

(Å)

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia (Å)

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carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

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Encontramos que el pozo de energiacutea

potencial es 50 maacutes pequentildeo en la estructura

de grafeno activada y estaacute no sufre

modificaciones superficiales comparadas con las

del grafeno sin activar Asiacute mismo la estructura

FCC de platino se desordena en presencia de

grafeno mientras que la estructura fcc de platino

en el plano [111] en presencia del grafeno

activado no sufre modificaciones estructurales

relevantes

Interaccioacuten del sistema estructura cristalina

fcc de platino soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno

La estructura cristalina FCC de platino en el

plano [111] soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno se comparoacute con el

sistema Pt-H2 Para ello se calculoacute el punto de

equilibrio de la estructura cristalina FCC de

platino soportada en grafeno con dos moleacuteculas

de hidroacutegeno

Figura 8 Optimizacioacuten geomeacutetrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno

Se encontroacute que tiene una energiacutea de

equilibrio de -6069151 kcalmol (Figura 8) y

una distancia de equilibrio de 2196 Aring entre el

grafeno y la estructura cristalina fcc de platino y

1876 Aring entre la estructura FCC de platino y una

moleacutecula de hidroacutegeno

Graacutefico 7Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina fcc de platino soportada en grafeno

con dos moleacuteculas de hidroacutegeno

Se calculo el tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial variando(alejando y acercando) la

distancia entre un aacutetomo de platino de la

estructura cristalina FCC de platino y una de las

moleacuteculas de hidrogeno y se tuvo que el tamantildeo

de pozo de energiacutea potencial (graacutefico 7) es de -

18164 Kcalmol que al compararlo con el pozo

de energiacutea potencial del sistema Pt-H2 que es de

-22751 kcalmol por lo que se dice que la

magnitud de tamantildeo de pozo se reduce en un

20 Ademaacutes el valor de -18164 Kcalmol es

igual a 078 eV lo que es aproximado al que se

obtiene de voltaje de salida en una monocelda de

combustible real (Pacheco JH Garciacutea LA

Zaragoza IP and Bravo A (2005)

Conclusiones

En este trabajo se ha estudiado la interaccioacuten

entre el platino soportado en estructuras de

carboacuten y carboacuten activado utilizando la

metodologiacutea DFT con LDA PWC

El sistema C6-Pt que tiene una magnitud

de -25182 kcalmol y corresponde al tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial tiende a una

quimisorcioacuten y el sistema C6-APt que tiene una

magnitud de -19511 kcalmol de tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial tiende a una

fisisorcion Los materiales carbonosos C6 C6A

Grafeno y Grafeno Activado influyen poco

sobre la reaccioacuten Pt-H2 ya que las magnitudes

del tamantildeo de pozo de energiacutea potencial son casi

iguales

Para las estructuras de grafeno y grafeno

activado como soportes de estructuras cristalina

de platino se encuentra que ambas corresponden

a una quimisorcioacuten por valores mayores a 50

kcalmol (Atkins PW 1999) Las estructuras

de grafeno activado no sufren modificaciones

estructurales al soportar al platino en cambio el

grafeno puro sufre un encorvamiento coacutencavo

hacia el platino

Con la estructura cristalina fcc de platino

soportado en grafeno se obtuvo que los valores

de la simulacioacuten son cercanos a un 975 a los

datos experimentales ya que DFT obtuvimos -

18164 Kcalmol equivalente a 078 eV mientras

que el experimental es 08 eV (Pacheco JH

Garciacutea LA Zaragoza IP and Bravo A

2005)

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia (Å)

37

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Junio 2019 Vol6 No19 31-38

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VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ-

Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Se determina que el carboacuten activado

muestra una mejor superficie para la dispersioacuten

(adsorcioacuten) del platino con menor energiacutea de

disociacioacuten pero auacuten es elevada para que se

realice en condiciones de temperatura ambiente

Asiacute mismo se llega a concluir que el carboacuten

activado como soporte de catalizadores influye

en las reacciones electroquiacutemicas que suceden

en el aacutenodo de una celdas de combustible tipo

PEM

De acuerdo con lo anterior mencionado

el carboacuten activado como soporte de catalizadores

es un excelente material para ser empleado en las

celdas de combustible tipo PEM asiacute como

tambieacuten se podraacute utilizar en otro tipos de celdas

de combustible como son las celdas de

combustible microbianas ya que su capacidad

de adsorcioacuten ayuda a que las reacciones se lleven

acabo de mejor manera

Agradecimiento

Se le agradece al Instituto Tecnoloacutegico de

Toluca y al CONACyT por los apoyos

brindados

Referencias

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38

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VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ-

Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

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39

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Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio

Zinc Sulfate Optimization in benefit process

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupedagger ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-

DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

ID 1er Autor Mariacutea Guadalupe Roacho-Torres CVU CONACYT ID 964639

ID 1er Coautor Cesar Octavio Encinas-Baca CVU CONACYIT ID 103864

ID 2do Coautor Melchor Omar Grijalva-Delgado CVU CONACYT ID 360907

DOI 1035429JCPE20191963943 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

Objetivos Calcular la cantidad de reactivo de Sulfato

de Zinc que maximice el beneficio de Plomo en el

proceso de beneficio de una planta de la regioacuten sur

del estado de Chihuahua Metodologiacutea Se realizaron

pruebas con diferentes cantidades de sulfato de Zinc

sobres las cuales se calculoacute la varianza y se

determinoacute el valor promedio de beneficio de Plomo

y Zinc Luego se obtuvieron las ecuaciones que

describen el comportamiento del beneficio de los

minerales y se calcularon los valores maacuteximos o

miacutenimos respecto a la ley Se calculoacute el valor optimoacute

de sulfato y se generaron cartas de control como

seguimiento al proceso Contribucioacuten Al optimizar

y estandarizar la cantidad de sulfato de Zinc como

reactivo en el beneficio en un proceso donde se

realizaba de forma empiacuterica no soacutelo se tiene un

mayor control sobre los resultados de la ley sino que

tambieacuten se optimizan los costos considerando que el

uso del reactivo es un importante insumo para el

proceso

Optimizacioacuten Sulfatos Beneficio

Abstract

Goals Calculate the amount of Zinc Sulfate reagent

that maximizes the lead benefit in the process of

benefiting a plant in the southern region of the state

of Chihuahua Methodology Tests were carried out

with different amounts of zinc sulfate on which the

variance was calculated and the average benefit value

of Lead and Zinc was determined Then the

equations were obtained that describe the behavior of

the benefit of the minerals and the maximum or

minimum values with respect to the law were

calculated The optimized sulfate value was

calculated and control charts were generated as

follow-up to the process Contribution By

optimizing and standardizing the amount of Zinc

sulfate as a reagent in the benefit in a process where

it was performed empirically not only does it have

greater control over the results of the law but also the

costs are optimized considering that the Reagent use

is an important input for the process

Optimization Sulfates Benefit

Citacioacuten ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-DELGADO Melchor

Omar Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 39-43

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista

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Introduccioacuten

El proceso de beneficio de los minerales es sin

lugar a dudas una de las actividades econoacutemicas

maacutes importantes de nuestro paiacutes ya que de

acuerdo con la Secretariacutea de Economiacutea la

industria minera contribuye con el 4 del PIB

nacional ademaacutes de generar maacutes de 350 mil

empleos directos y maacutes de 16 millones

indirectos (Secretaria de Economiacutea 2019) [1]

La investigacioacuten desarrollada responde a

una necesidad de la industria de beneficio

minero al optimizar la cantidad de reactivo de

Sulfato de Zinc Flottec requerida para

recuperacioacuten del Pb y Zn La importancia de la

investigacioacuten no soacutelo radica en el impacto

econoacutemico que la optimizacioacuten conlleva sino

que tambieacuten representa un punto de partida para

el desarrollo de investigaciones posteriores

respecto al uso del reactivo seguacuten las variaciones

en ley que la extraccioacuten del mineral puede

presentar

La hipoacutetesis de la investigacioacuten estaacute

centrada en la demostracioacuten estadiacutestica del

impacto de la cantidad de Sulfato de Zinc Flottec

en el porcentaje de beneficio de los minerales

En la primera seccioacuten se hace una

descripcioacuten geneacuterica de la metodologiacutea de toma

de muestras En la seccioacuten sobre la coleccioacuten de

los datos del reactivo se muestran las adiciones

del reactivo en las operaciones de molino limpia

y mixtura

En la tercera seccioacuten se hace un

comparativo de las diferentes cantidades

adicionadas de ZnSO4 y los resultados que estaacuten

generaron en los anaacutelisis quiacutemicos

Posteriormente en la seccioacuten de Anaacutelisis de

varianza se valida y demuestra estadiacutesticamente

la Hipoacutetesis que afirma que diferentes adiciones

de ZnSO4 generan diferencias significativas en

el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales

En la seccioacuten de resultados se calcula

matemaacuteticamente la cantidad de ZnSO4 que

genera el mayor beneficio de Pb Ademaacutes se

demuestra como la estandarizacioacuten de la

cantidad de reactivo utilizado no soacutelo

incrementoacute el beneficio promedio de

recuperacioacuten de Pb sino que disminuyoacute de

forma considerable la variabilidad del

porcentaje dando con ello mayor estabilidad al

proceso

Generacioacuten de muestras

Para la obtencioacuten de las muestras analizadas en

las diversas pruebas se obtuvieron 30 kg de

mineral al cual se le dieron 5 procesos de

cuarteo y una vez pulverizado se pasoacute por la

maya 100

En el molino de bolas se le dieron 20 30

40 y 50 minutos a las muestras de forma previa

a pasarse por la maya 200 hidratada Una vez

filtrado el mineral fue secado en mufla por un

tiempo de 40 minutos

Coleccioacuten de datos del reactivo

Se corrieron diversas muestras sobre la cantidad

de ZnSO4 que se adheriacutea a las celdas de plomo

generando estadiacutestica sobre

ndash Molino en la operacioacuten de molienda

ndash Limpia cuando el mineral es flotado en

las celdas

ndash Mixtura adherido a los

acondicionadores antes de pasar por la

celda

Las operaciones eran realizadas de forma

completamente empiacuterica un ejemplo de las

adiciones del reactivo llevadas a cabo en una de

las recompensas se muestran en la Tabla 1

Reactivo ZnS04 sulfuro de zinc

Dilucion 10

Adicioacuten de reactivo en proceso

HR Molino Limpia Mixtura

0800 3500 1200 360

0900 3500 1200 400

1000 3600 1200 360

1100 3500 1200 360

1200 3500 1250 360

1300 3600 1200 360

1400 3500 1200 360

Promedio 35285714 12071429 3657143

Tabla 1 Ejemplo de adiciones de ZnSO4

Fuente Elaboracioacuten Propia

Asiacute el caacutelculo de las adiciones se generoacute

en 30 muestras a fin de lograr hacer un

comparativo una vez que se cuente con el caacutelculo

de la cantidad de sulfato oacuteptimo a ser adicionado

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Muestreo del Sulfato de Zinc

Se realizaron 30 muestras con la adicioacuten desde

1000 hasta 2000 grston en intervalos de 250

grston generando el certificado de anaacutelisis

quiacutemico de cada uno de ellos a fin de realizar un

comparativo del beneficio de los minerales

Un ejemplo de los certificados generados

en cada muestra se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Ejemplo de certificado de anaacutelisis quiacutemico

Fuente Planta de Beneficio

Anaacutelisis de Varianza para los muestreos

A fin de validar cada una de las muestras

tomadas con las diferentes adiciones se realizoacute

un anaacutelisis de varianza ya que acuerdo con

Montgomery (2013) [2] el Anaacutelisis de Varianza

o ANOVA permite resolver estos casos en

donde una variable x tiene a tratamientos de

forma que evaluando el porcentaje de Zn y Pb

obtenido ya que son los minerales de mayor

importancia para el resultado del proceso del

beneficio La tabla 3 muestra los datos

colectados donde en la primera fila se muestran

los grston de ZnSO4 que se adicionaron y en las

siguientes filas se muestra el porcentaje de Pb

beneficiado

2000 1750 1500 1250 1000

77 81 82 82 78

82 78 79 81 75

75 82 81 82 81

80 88 87 86 83

78 84 86 87 82

79 91 92 88 84

Tabla 3 Datos colectados de porcentaje de Pb beneficiado

con diferentes adiciones de ZnSO4

Fuente Elaboracioacuten Propia

Mediante el uso del software Minitab se

realizoacute el ANOVA obteniendo la informacioacuten

mostrada en la Figura 1

Null hypothesis

All means are equal

Analysis of Variance

Source DF Adj SS Adj MS F-Value

Factor 4 1771 4428 308

Error 25 3598 1439

Total 29 5370

Figura 1 ANOVA para muestras de Pb

Fuente Elaboracioacuten Propia

El valor de la F teoacuterica con un nivel de

confianza de 95 es de 2759 Por lo tanto se

rechaza Ho y las diversas adiciones producen

diferencias significativas en el beneficio de

Pb El anaacutelisis ANOVA para el beneficio de Zn

en base a la adicioacuten de ZnSO4 se muestra en la

Figura 2

Analysis of Variance

Source DF Adj SS Adj MS F-Value

Factor 4 32880 82200 7339

Error 25 2800 1120

Total 29 35680

Figura 2 ANOVA para muestras de Zn

Fuente Elaboracioacuten Propia

Al igual que en el beneficio de Pb se

rechaza Ho y las diversas adiciones producen

diferencias significativas en el beneficio de

Zn

Resultados

A partir de los promedios de los resultados de

porcentajes beneficiados de Pb se graficoacute y se

encontroacute la ecuacioacuten que describe su

comportamiento y se muestra en la Grafica 1

Reactivos Circuito de Pb

ZnSO4 flottec 2000 grston

Mixtura ZnSO4 flottec NaCn 200 grston

Aherophine 3418 15 grston

Espumante 834 16 grston

Xantato 343 10 grston

Descripcioacuten Peso gr Au Ag Pb

R-5584 Conc Pb 341 66 643 67

Medios Pb 1069 17 121 78

Cola Pb 859 03 22 08

Cabeza calculada 07 54 38

549 591 790

R-5584 Zn Fe

Conc Pb 341

Medios Pb 1069 35 2

Cola Pb 859 79 55

Cabeza calculada 56 43

Recuperacioacuten 30 11

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Grafica 1 Ecuacioacuten de de beneficio de Pb

Fuente Elaboracioacuten Propia

Asiacute la ecuacioacuten que describe el

comportamiento del beneficio del Pb teniendo

como variable independiente (x) los gramos de

ZnSO4 adicionados es

119889119890 119861119890119899119890119891119894119888119894119900 119875119887 =

minus0000021199092 + 00607 119909 + 40463 (1)

De la cual por maacuteximos y miacutenimos se

obtiene

yacute= - 000004x + 00607 (2)

donde x= 1518 grston de ZnSO4 Flottec que

deben ser adicionados para obtener el beneficio

optimo estimado en un promedio de 865

El grafico que describe el

comportamiento del beneficio del Zn se muestra

en la Grafica 2

Grafica 2 Ecuacioacuten de de beneficio de Zn

Fuente Elaboracioacuten Propia

119889119890 119861119890119899119890119891119894119888119894119900 119885119899 =

minus00000091199092 + 00178 119909 + 2757 (3)

Al igual que lo planteado con la ecuacioacuten

1 por maacuteximos y miacutenimos se obtiene que x= 988

grston de ZnSO4 Flottec que deben ser

adicionados para obtener el beneficio oacuteptimo de

1155

Sin embargo dado que la desviacioacuten

estaacutendar es mayor en el beneficio del Zn y que el

Pb produce una mayor compensacioacuten

econoacutemica se decidioacute enfocar la los resultados

de la investigacioacuten en el beneficio optimo en

base al Pb

Una vez que se estandarizoacute la adicioacuten del

ZnSO4 Flottec se elaboraron cartas de control en

base al beneficio de Pb en 20 muestras La

Grafica 3 arroja los resultados de las muestras

tomadas al inicio de la investigacioacuten mientras

que la Grafica 4 muestra datos posteriores a la

estandarizacioacuten

Grafica 3 Carta de Control de las muestras con adicioacuten de

ZnSO4 aleatorio

Fuente Elaboracioacuten Propia

Grafica 4 Carta de Control de las muestras con adicioacuten de

ZnSO4 estandarizado

Fuente Elaboracioacuten Propia

Ademaacutes la desviacioacuten estaacutendar

disminuyoacute de 4303 a 1927 con lo cual la

variacioacuten del beneficio es menor

Conclusiones

A partir de los resultados obtenidos se

desprenden una serie de contribuciones en el

proceso de recuperacioacuten de los minerales

analizado

y = -2E-05x2 + 00607x + 40463

Rsup2 = 09668

78

79

80

81

82

83

84

85

86

0 500 1000 1500 2000 2500

y = -9E-06x2 + 00178x + 27571

Rsup2 = 09717

0

2

4

6

8

10

12

14

0 500 1000 1500 2000 2500

28252219161310741

95

90

85

80

75

70

Observation

Ind

ivid

ual

Valu

e

_X=8237

UCL=9291

LCL=7182

I Chart of Pb

191715131197531

92

90

88

86

84

82

80

Observation

Ind

ivid

ual

Valu

e

_X=8585

UCL=9145

LCL=8025

I Chart of Pb Estandarizado

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Por una parte el calcular la cantidad

optima de ZnSO4 permitioacute obtener el porcentaje

de recuperacioacuten maacutes alto de Pb Ademaacutes generoacute

un proceso maacutes estable al estandarizar la

operacioacuten

Con ello el costo del reactivo disminuyoacute

al evitar la aleatoriedad que de forma empiacuterica

generaba la adicioacuten del reactivo Ademaacutes el

mantener un proceso de beneficio maacutes estable

contribuye a que la planta tenga una mayor

certeza en los caacutelculos de su capacidad de

produccioacuten ya que si bien dada la misma

naturaleza del proceso de extraccioacuten existe una

variabilidad inherente contar con un caacutelculo

exacto permite proveer una mayor certeza

Como recomendacioacuten es importante

considerar que el caacutelculo de la cantidad oacuteptima

de ZnSO4 Flottec debe realizarse de forma

perioacutedica bajo la metodologiacutea ya establecida

Asiacute la cantidad se ldquoajustarardquo seguacuten las

variaciones en ley de las extracciones

Por otro lado la posibilidad de mejora de

la investigacioacuten radica en encontrar la cantidad

optima de ZnSO4 Flottec a adicionar

considerando tanto el beneficio del Pb como el

de Zn para lo cual deben considerarse los

valores de venta de los minerales como

funciones a optimizar y las adiciones como

restricciones del sistema

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44

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Junio 2019 Vol6 No19 44-51

Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremado

Effect of the addition of inulin on the physicochemical properties of skimmed panela

cheese

AGUILAR Mariacuteadagger CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

ID 1er Autor Mariacutea Aguilar ORC ID 0000-0001-7727-3996 Researcher ID Thomson S-8519-2018 CVU CONACYT

ID 476294

ID 1er Coautor Joseacute Carranza ORC ID 0000-0003-3345-5987 CVU CONACYT ID 177857 SNI nivel 1

ID 2do Coautor Mariacutea Bermuacutedez

ID 3er Coautor Carlos Romo ORC ID 0000-0002-4410-7470 CVU CONACYT ID 275499

DOI 1035429JCPE20191964451 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

El objetivo de esta investigacioacuten fue analizar como la

inulina en concentraciones de 1 2 3 4

afecta la composicioacuten fisicoquiacutemica del queso panela

tipo descremado Los quesos panelas se elaboraron

en el Taller de Laacutecteos del Aacuterea de Tecnologiacutea de

Alimentos de la Universidad Autoacutenoma de

Aguascalientes (UAA) Los anaacutelisis fisicoquiacutemicos

de pH humedad cenizas soacutelidos totales y grasa se

realizaron el Laboratorio de Control de Calidad del

Centro de Ciencias agropecuarias de la misma

universidad de acuerdo a los meacutetodos de las Normas

mexicanas Para el anaacutelisis estadiacutestico se realizoacute

anaacutelisis de la varianza (ANOVA) de una viacutea

Mediante el anaacutelisis de comparacioacuten muacuteltiple Tukey

(plt005) Empleando el programa estadiacutestico

Statgraphics Centurion XV De acuerdo a los

resultados obtenidos se observoacute que la inulina

modificoacute el pH humedad cenizas y soacutelidos totales

del queso panela descremado desde concentraciones

al 1

Queso Inulina Composicioacuten Fisicoquiacutemica

Abstract

The objective of this investigation was to analyze

how inulin affects concentrations of 1 2 3

4 the physicochemical composition of panela

cheese The panela cheese was made in the Dairy

Workshop of the Food Technology Area of the

Autonomous University of Aguascalientes (UAA)

The physicochemical analyzes of pH humidity

ashes total solids and fat specifically the Quality

Control Laboratory of the Center of Agricultural

Sciences of the same university according to the

methods of the Mexican Standards For the statistical

analysis the analysis of the variance (ANOVA) of a

pathway was performed Using Tukey multiple

comparison analysis (p lt005) Using the statistical

program Centurioacuten XV Statistics According to the

results detected inulin was modified it changed the

pH humidity ashes and total solids of skimmed

panela cheese from 1

Cheese Inulin Physicochemical composition

Citacioacuten AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en

las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 44-51

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico mmaguilacorreouaamx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 44-51

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO

Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

2019

Introduccioacuten

De acuerdo a la Norma Oficial Mexicana NOM-

155-SCFI-2012 la leche se define como el

producto obtenido de la secrecioacuten de las

glaacutendulas mamarias de las vacas

En cuanto a su produccioacuten mundial

Meacutexico es considerado uno de los principales

productores el Servicio de Informacioacuten

Agroalimentaria y Pesquera (SIAP) en el 2016

informoacute que tres de cada cien litros que se

producen en el mundo son de origen mexicano

Para el antildeo 2025 se preveacute que la produccioacuten

mundial aumentaraacute 177 millones de toneladas

con una tasa de crecimiento promedio del 18

por antildeo en los proacuteximos 10 antildeos Durante el

mismo periodo se pronostica que el consumo

per caacutepita de productos laacutecteos incrementara un

08 y 17 por antildeo en los paiacuteses en desarrollo

y entre 05 y 11 en los paiacuteses desarrollados

(FAO 2016)

En relacioacuten a su valor nutricional la

leche y los productos laacutecteos constituyen un

grupo de alimentos con un importante aporte de

proteiacutenas (muy digeribles de alto valor

bioloacutegico) ricos en calcio foacutesforo y selenio y asiacute

como diversas vitaminas como vitamina A B1

B2 y B12 y en menor cantidad contienen B6 B3

B8 (Milke 2011) Aunque su composicioacuten

quiacutemica puede variar en funcioacuten de la etapa en la

que se encuentre la vaca (Badui 2012)

La importancia de la leche y sus

derivados es evidente para mantener un buen

estado de salud en cualquier etapa de la vida es

por esto que los productos laacutecteos estaacuten

recibiendo mayor atencioacuten debido a que estos

alimentos son ricos en nutrientes ademaacutes de ser

excelente vehiacuteculo para los llamados alimentos

funcionales Un ejemplo son los quesos

(Bautista 2014)

Los quesos se definen como productos

elaborados con la cuajada de leche estandarizada

y pasteurizada de vaca o de otras especies

animales Existen 3 tipos de quesos de acuerdo a

su clasificacioacuten por proceso fresco madurado o

procesado (Norma Oficial Mexicana NOM-

121-SSA1-1994) El queso panela por su alto

contenido de humedad corteza y su periodo de

vida de anaquel corto es considerado un queso

fresco

La industria de productos laacutecteos realiza

pruebas fisicoquiacutemicas en el queso para verificar

la calidad del producto y analizar como la

adicioacuten de alguacuten aditivo modifica su

composicioacuten Entre las pruebas que se incluyen

son el pH humedad cenizas solidos totales y

grasa

El pH funciona como indicador de la

actividad de las bacterias mesoacutefilas y termoacutefilas

Al medir el pH se asegura que la cuajada fresca

esteacute en el camino correcto para convertirse en

queso (Mullen 2018) En cuanto a la humedad

la NMX-F-083-1986 la define como la peacuterdida

en peso que sufre un alimento al someterlo a las

condiciones de tiempo y temperatura prescritos

Respecto al anaacutelisis de soacutelidos totales este

incluye el valor de proteiacutenas cenizas lactosa y

grasa El meacutetodo que propone la NMX-F-111-

1984 para realizarlo es el gravimeacutetrico sin

embargo tambieacuten puede ser calculado por

diferencia del contenido de humedad

Asimismo la NMX-F-100-1984

establece el procedimiento para determinar la

grasa butiacuterica en quesos por el meacutetodo de

Gerber-Van Gulik este consiste en la digestioacuten

parcial de los componentes del queso excepto la

grasa en aacutecido sulfuacuterico Emplea alcohol

isoamiacutelico para ayudar a disminuir la tensioacuten en

la interface entre la grasa y la mezcla en reaccioacuten

(aacutecido sulfuacuterico-leche) lo que facilita el ascenso

de los gloacutebulos pequentildeos de grasa por

centrifugacioacuten El alcohol isoamiacutelico reacciona

con el aacutecido sulfuacuterico formando un eacutester que es

completamente soluble en dicho aacutecido Por otro

lado las cenizas representan el contenido en

minerales del alimento en general las cenizas

suponen menos del 5 de la materia seca de los

alimentos (Maacuterquez 2014) El meacutetodo que

propone la NMX-F-094-1984 es el gravimeacutetrico

El queso contiene la mayoriacutea de los

nutrientes de la leche con excepcioacuten de la lactosa

y algunas vitaminas hidrosolubles (Baro et al

2010) Pero en general la cantidad de fibra que

aporta el queso panela y los laacutecteos es muy baja

o nula

La NOM-043-SSA2-2012 define a la

fibra como la parte comestible de las plantas o

hidratos de carbono anaacutelogos que son resistentes

a la digestioacuten y la absorcioacuten en el intestino

humano y que sufren una fermentacioacuten total o

parcial en el intestino grueso

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2019

La fibra dieteacutetica se divide en soluble e

insoluble Algunos tipos de fibra soluble son las

pectinas gomas mucilagos e inulina Por el

contrario la celulosa hemicelulosa y lignina son

consideradas fibra insoluble

En particular la inulina es un

polisacaacuterido no digerible el cual estaacute constituido

por moleacuteculas de fructosa unidas por enlaces β-

(2-1) fructosil-fructosa siendo el teacutermino

fructanos usado para denominar este tipo de

compuestos Dada su configuracioacuten quiacutemica los

fructanos no pueden ser hidrolizados por las

enzimas digestivas humanas por lo que

permanecen intactos en su recorrido por la parte

superior del tracto gastrointestinal no obstante

son hidrolizados y fermentados en su totalidad

por las bacterias de la parte inferior del tracto

gastrointestinal (intestino grueso coloacuten) De esta

manera este tipo de compuestos se comportan

como fibra dieteacutetica (Lara 2011)

Ademaacutes en el ramo industrial la inulina

se emplea en la fabricacioacuten de distintos

productos alimenticios en laacutecteos se utiliza

como emulsificante sustituto de azuacutecares y

grasas proporcionar sinergismo con

edulcorantes para dar cuerpo y palatabilidad y

formar gel (Urango 2012)

Por lo que enriquecer productos laacutecteos

como el queso panela con inulina podriacutea

beneficiar auacuten maacutes su contenido nutrimental y

beneficiar la ingesta de fibra en la poblacioacuten en

general Ademaacutes el adicionar inulina

favoreceriacutea la demanda de los consumidores

actuales los cuales buscan alimentos con

miacutenimo procesamiento y maacutes naturales (Peralta

2014) Sin embargo primero es necesario

conocer como la inulina modifica la humedad

cenizas pH soacutelidos totales y grasa del queso

tipo panela descremado

El objetivo general de esta investigacioacuten

fue analizar como la inulina en concentraciones

de 1 2 3 4 afecta la composicioacuten

fisicoquiacutemica del queso panela tipo descremado

Objetivos especiacuteficos

ndash Realizar anaacutelisis fisicoquiacutemicos de pH

humedad soacutelidos totales cenizas grasa

en los diferentes quesos y el control

ndash Determinar que concentracioacuten de inulina

(1 2 3 4 ) tuvo mayor impacto

en las propiedades fisicoquiacutemicas del

queso panela

Metodologiacutea a desarrollar

Materia prima

Para la elaboracioacuten del queso panela enriquecido

con inulina se utilizoacute leche bronca obtenida del

Centro de Ciencias Agropecuarias de la

Universidad Autoacutenoma de Aguascalientes

(UAA) La inulina de agave marca Enature se

adquirioacute en un supermercado de la ciudad de

Aguascalientes en febrero 2018 El cloruro de

calcio y el cloruro de sodio se obtuvieron del

Taller de laacutecteos del Aacuterea de Tecnologiacutea de

Alimentos de la UAA

Localizacioacuten

Los quesos panela enriquecidos con inulina y el

control fueron elaborados en el Taller de Laacutecteos

del Aacuterea de Tecnologiacutea de Alimentos los

anaacutelisis fisicoquiacutemicos se hicieron en el

Laboratorio de Control de Calidad del

Departamento de Tecnologiacutea de Alimentos

Estudio del proceso de elaboracioacuten de queso

panela y adicioacuten de inulina

Para realizar el queso panela con el diferente

contenido de inulina se estudioacute el proceso de

elaboracioacuten propuesto por el manual de la

SAGARPA (2015) Respecto a la inulina esta se

antildeadioacute antes de la coagulacioacuten como lo hizo

Gavilanes y German en el 2011 en un queso

crema y en la investigacioacuten de Ramiacuterez y Ponce

en el 2014 con un queso fresco donde

manifiestan que si la inulina estaacute presente

durante el proceso de coagulacioacuten puede formar

parte de la red estructural de proteiacutenas por la

unioacuten con agregados de la proteiacutena

Realizacioacuten de los quesos (control e inulina al

12 3 4)

La figura 1 muestra el diagrama de flujo que se

utilizoacute para la elaboracioacuten y los anaacutelisis

correspondientes de los quesos panelas con

inulina y control

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Figura 1 Diagrama de flujo de la elaboracioacuten de los

quesos panela enriquecidos con inulina y control

Anaacutelisis fisicoquiacutemicos de los quesos

enriquecidos con inulina y el control

Respecto a los anaacutelisis fisicoquiacutemicos del queso

control y los quesos con inulina el pH se

determinoacute de acuerdo a la N M X-F-099-1970

con un pH-metro marca Hanna Hi 98163 El

contenido de humedad se realizoacute concorde a la

NMX-F-083-1986 para pesar los crisoles se

utilizoacute la balanza analiacutetica marca AampD GR 200

El porcentaje de cenizas fue conforme a la

NMX-F-094-1984 de igual manera los crisoles

se pesaron en la balanza analiacutetica marca AampD

GR 200 El contenido de soacutelidos totales de los

quesos panela se calculoacute por diferencia del

contenido de humedad ST=100 - humedad

Finalmente el anaacutelisis de grasa en los quesos se

hizo de acuerdo a la NMX-F-100-1984

Anaacutelisis estadiacutestico

Se realizoacute el anaacutelisis de la varianza (ANOVA) de

una viacutea En caso de que existieran diferencias

significativas se aplicoacute el anaacutelisis de

comparacioacuten muacuteltiple Tukey (plt005)

Empleando el programa estadiacutestico Statgraphics

Centurion XV

Resultados

En la tabla 1 se presentan los resultados de los

anaacutelisis fisicoquiacutemicos de las muestras de queso

y del control

Queso

panela

Ph Humedad

()

Cenizas

()

Soacutelidos

totales

()

Grasa ()

1 de

inulina

638plusmn001

a

6210plusmn053

a

337plusmn085

a

3790plusmn053

b

367plusmn029

bc

2 de

inulina

646plusmn001

c

6280plusmn036

ab

334plusmn005

a

3720plusmn036

ab

400plusmn000

c

3 de

inulina

644plusmn001

bc

6304plusmn073

ab

344plusmn013

a

3696plusmn073

ab

350plusmn000

b

4 de

inulina

643plusmn001

b

6411plusmn032

b

331plusmn004

a

3589plusmn032

a

300plusmn000

a

Control 645plusmn001

bc

6143plusmn127

a

358plusmn017

a

3857plusmn127

b

400plusmn000

a

Tabla 11 Resultados de las propiedades fisicoquiacutemicas de

los quesos panela con inulina y control (media y

desviacioacuten estaacutendar)

Diferentes letras en minuacutescula dentro de

las columnas indican diferencian significativas

(Tukey p=005)

pH

En cuanto al pH de las muestras de queso estas

se mantuvieron entre 638 y 646 (Graacutefico 1)

encontraacutendose diferencias estadiacutesticamente

significativas (ple005) seguacuten el ANOVA Los

quesos enriquecidos con inulina y control

mostraron un pH maacutes alto en comparacioacuten con

la NMX-F-092-1970 la cual refiere que el pH de

los quesos procesados tipo 1 (quesos procesados

para rebanar o cortar) deben tener un maacuteximo de

6

Sin embargo los valores de pH de los

cinco quesos coinciden con los del estudio de

Ramiacuterez y Veacutelez (2012) en quesos panela de

Meacutexico los cuales se encuentran entre 56 y 64

Estos resultados no coinciden con el estudio del

efecto de la adicioacuten de cultivo laacutectico e inulina

en la elaboracioacuten y evaluacioacuten sensorial del

queso fresco bajo en grasa por Ramiacuterez y Ponce

en el 2014 donde el pH no se modificoacute al agregar

la inulina al queso ademaacutes es conveniente aclarar

que en esta investigacioacuten no se adicionoacute cultivo

laacutectico

Graacutefico 1 Media y desviacioacuten estaacutendar del pH de los

quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Recepcioacuten Anaacutelisis

organoleacutepticoFiltrar

Precalentar a 38degC

DescremarAnaacutelisis

fisicoquiacutemicos

Pasteurizar a 72deg C por 15

segundos

Enfriar a 38degC

Separarla en ollas

Agregar inulina cuajo

y calcio

Agitar mezcla

Reposar 20-30 min

Trabajo mecaacutenico con

lira

Reposar 5-10 min

Calentar cuajo a 38deg

CSalar

Moldeado en canastas

Voltear a los 20 min

Reposar 2 horas

Empacar

RefrigerarAnaacutelisis

fisicoquiacutemicos

63

64

64

65

65

1 2 3 4 Control

pH

bcc

a

bbc

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2019

Humedad

Con respecto al porcentaje de humedad ( Xw)

el graacutefico 2 muestra valores de 6143 a 6411

estando por encima de lo recomendado por la

NMX-F-092-1970 para quesos procesados tipo I

(valor maacuteximo 45 ) Por su parte Ramiacuterez y

Veacutelez (2012) obtuvieron valores de humedad del

orden de 532 y 583 en quesos panela Sin

embargo coincide en la investigacioacuten de

ldquoTextura y microestructura de quesos tipo

panela bajos en grasa y en colesterolrdquo por

Lobato Lozano y Vernon en el 2009 donde los

quesos panelas estuvieron en un rango de 605

a 669 Tambieacuten con la investigacioacuten de

Castro (2014) en la cual se adiciono un dextrano

a un queso de pasta hilada semigraso

observando que a mayor concentracioacuten del

dextrano el queso incrementaba su humedad

Concluyendo que cuando se antildeade mayor

cantidad de inulina aumenta el porcentaje de

humedad del queso panela esto concuerda con

el estudio de Monroy et al (2017) en el cual

elaboraron un queso anaacutelogo con proteiacutenas

exclusivas de lactosuero e inulina sus resultados

indicaron que el queso que conteniacutea prebioacutetico

tuvo mayor contenido de humedad La humedad

de los quesos puede deberse a que la inulina tiene

efectos sobre las propiedades reoloacutegicas del

queso principalmente por su capacidad de

retener agua y por su interaccioacuten sobre las

proteiacutenas (Ramiacuterez y Ponce 2014)

Graacutefico 2 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

humedad quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Cenizas

En relacioacuten al porcentaje de cenizas el queso

que tuvo el mayor contenido de fue el control no

obstante no se observaron diferencias

estadiacutesticamente significativas (Ple005) seguacuten el

ANOVA (graacutefico 3) En general el porcentaje de

cenizas en los cinco quesos estuvo dentro de los

liacutemites que la NMX-F-092-1970 establece

Asimismo estos valores coinciden con la

investigacioacuten por Urango en el 2012 en la

ldquoElaboracioacuten de un queso fresco semigraso

adicionado con fructooligosacaacuteridos (FOS)rdquo en

la cual el porcentaje de las muestras de queso

estuvo entre 307 y 369 No obstante fue mayor

en comparacioacuten del estudio en quesos frescos de

Ramiacuterez y Veacutelez en el 2012 debido a que se

agregoacute cloruro de calcio a la leche utilizada para

la elaboracioacuten de queso panela

Graacutefico 3 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

cenizas de quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Soacutelidos totals

En cuanto al porcentaje de soacutelidos totales

(graacutefico 4) se encontraron diferencias

estadiacutesticamente significativas (ple005) siendo

el control y el queso con 1 de inulina quienes

mostraron mayor de soacutelidos totales Los

valores no concuerdan con el estudio de Lopez

(2010) con un queso fresco en el cual su

promedio de solidos totales fue de 4020

Tampoco coincide con el porcentaje que marca

la NMX-F-092-1970 lo que puede estar

relacionado a la adicioacuten de la inulina

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 Control

X

w

ab aab ba

00

05

10

15

20

25

30

35

40

45

1 2 3 4 Control

d

e C

eniz

a

aaa a

a

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2019

Grafico 4 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

soacutelidos totales de los quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas

(Tukey p=005)

Grasa

Con respecto al contenido de grasa los valores

se encontraron en los rangos de 3 y 4

(graacutefico 5) Estos resultados no coinciden con el

estudio por Garciacutea y Navarrete en el 2013 en un

queso fresco que se le antildeadioacute lactobacillus

acydophylus y harina de maiacutez e inulina el queso

con mayor contenido de simbioacutetico tuvo el

menor porcentaje de grasa El bajo contenido de

grasa en el queso incluso en el control

concuerda con el estudio de Lobato Lozano y

Vernon (2009) en el cual la leche que conteniacutea

135 gL de grasa obtuvo un queso panela con

95 de grasa Por lo que se deduce que al tener

una leche con bajo contenido de grasa se obtiene

un queso descremado de acuerdo al CODEX

STANDARD 221-2001 Concluyendo que la

inulina no influyoacute en el contenido de grasa de los

quesos panela descremados

Graacutefico 5 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

grasa en los quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Agradecimiento

A la Universidad Autoacutenoma de Aguascalientes y

la Universidad Autoacutenoma de Zacatecas por sus

facilidades prestadas para realizar esta

investigacioacuten

Conclusiones

De acuerdo a los resultados obtenidos se observoacute

que la inulina modificoacute el pH humedad cenizas

y soacutelidos totales del queso panela descremado

desde concentraciones al 1

Recomendaciones

Cuantificar inulina y fibra soluble en futuras

investigaciones para indicar la cantidad de

inulina que es retenida por el queso

Utilizar leche entera para la elaboracioacuten

del queso panela con inulina para analizar si

disminuye el porcentaje de grasa

Referencias

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33

34

35

36

37

38

39

40

41

1 2 3 4 Control

S

oacuteli

dos

Tota

les

a

ababb

b

000

050

100

150

200

250

300

350

400

450

1 2 3 4 Control

G

rasa

a a

b

cbc

50

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Leche-denominaciones especificaciones

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Determinacioacuten de cenizas en quesos

NMX-F-083-1986 Alimentos Determinacioacuten

de humedad en productos alimenticios

NMX-F-100-1984 Alimentos Laacutecteos

Determinacioacuten de grasa butiacuterica en quesos

NMX-F-111-1984 Alimentos Laacutecteos

Determinacioacuten de soacutelidos totales en quesos

NMX-F-092-1970 Calidad Para Quesos

Procesados Normas mexicanas Direccioacuten

General de Normas

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5

51

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 44-51

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO

Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

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Magister en Ciencia y Tecnologiacutea de Alimentos

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Medelliacuten Medelliacuten Colombia

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Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 52-61

Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum

y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la

alimentacioacuten de ovinos

Inclusion of flour made from the fruits of Enterolobium Cyclocarpum and Brosimum

Alicastrum as an isocaloric and isoproteic supplement in sheep feed

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y

PIMIENTA-BARRIOS Enrique Universidad de Guadalajara Centro Universitario de Ciencias Bioloacutegicas y agropecuarias` (CUCBA)Camino Ramoacuten

Padilla Saacutenchez 2100 Nextipac 44600 Zapopan Jalisco

ID 1er Autor Alicia De Luna-Vega

ID 1er Coautor Mariacutea Luisa Garciacutea-Sahaguacuten

ID 2do Coautor Salvador Gonzaacutelez-Luna

ID 3er Coautor Enrique Pimienta-Barrios

DOI 1035429JCPE20191965261 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

El estudio se realizoacute en el municipio de Cabo Corrientes

localidad de Chacala donde se encuentran distribuidas las

especies en estudio en forma natural Se realizaron anaacutelisis

bromatoloacutegico del fruto de B alicastrum y E cyclocarpum como

alternativa para mejorar la produccioacuten animal al incrementar el

consumo de proteiacutena energiacutea y minerales en la dieta del ganado

Se realizoacute anaacutelisis bromatoloacutegico de proteiacutena cruda (PC)

extracto eteacutereo (EE) y extracto libre de nitroacutegeno (ELN) usando

el meacutetodo de Wendee (AOAC 1990) fibra detergente neutra

(FDN) fibra detergente aacutecida (FDA) celulosa hemicelulosa y

lignina (Van Soest y Wine 1967) con el equipo ANKOM

Calcio y foacutesforo por colorimetriacutea potasio mediante la teacutecnica

del flamoacutemetro (Van Soest 1979) magnesio azufre y cobre por

el meacutetodo de TMECC 0406 413 La calidad nutritiva se

analizoacute en materia seca cenizas grasa y fibra cruda Se obtuvo

diferencia significativa entre especies en proteiacutena (2290 vs

1088) fibra (724 vs 1318) y ELN donde el valor maacutes alto fue

para B alicastrum (6702) comparado con E cyclocarpum

(6045) La inclusioacuten de harina de los frutos de E cyclocarpum

y de B alicastrum en las raciones alimenticias de los ovinos

mejoroacute el consumo El aumento de peso y la conversioacuten

alimenticia fueron mejores con la inclusioacuten del 10 El valor

econoacutemico de las raciones alimenticias con la inclusioacuten de las

harinas de los frutos de E cyclocarpum y de B alicastrum fue

menor que el de la dieta testigo en ovinos estabulados lo que

permitioacute mantener su desarrollo con una disminucioacuten

significativa de los costos de produccioacuten

Aacuterboles Forrajeros Rumiantes Suplementacioacuten

Abstract

Study was performed in Chacala Cabo Corrientes where the

species in study are widely distribuited in a natural form

Bromatologic analisis of fruit of B alicastrum and E

Cyclocarpum were performed as an alternative to improve

animal production increasing protein consumption energy and

minerals on the livestock diet Bromatologic analysis was made

for crude protein (CP) etereum extract (EE) and nitrogen free

extract (NFE) with Wendee method (AOAC 1990) neutral

detergent fiber (NDF) acid detergent fiber (ADF) cellulose

hemicellulose and lignin (Van Soest and Wine 1967) with

ANKOM equipment Calcium and phosphorus for colorimetry

potasium with flamometer technique (Van Soest 1979)

magnesium sulphur and copper with TMECC 0406 413

method Nutritional quality was analized on dry matter ashes fat

and crude fiber Significative difference was obtained between

species on protein (2290 vs 1088) fiber (724 vs 1318) and

NFE were the higgest value was for B alicastrum (6702)

compared with E cyclocarpum (6045) Inclussion of fruit

flour from E cyclocarpum and B alicastrum on ovine alimentary

rations improvement consumption Weight increase and

alimentary convertion were better with the 10 inclussion

Economic value of alimentary rations with inclussion of fruit

flour of E cyclocarpum and B alicastrum was lower than

witness diet on stabuled ovine permiting maintain development

with significative decrease of production costs

Forage Trees Ruminants Supplementation

Citacioacuten DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e

isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 52-61

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico dva20851cucbaudgmx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

Entre las diferentes alternativas disponibles para

reducir el deterioro ambiental producido por el

auge expansionista de la ganaderiacutea tradicional

extensiva en el troacutepico mexicano se tiene la

implementacioacuten de praacutecticas de tipo

agroforestal que impulsa la integracioacuten de

aacuterboles y arbustos con la produccioacuten animal y

que podriacutea dar la pauta para el desarrollo de

sistemas de produccioacuten sustentable que no atente

contra el fraacutegil equilibrio ecoloacutegico del troacutepico

mexicano que incluso pudiera mejorar el

comportamiento animal como ganancia de peso

consumo de alimento y conversioacuten alimenticia

sin tener que depender de recursos externos

(Laker 1994)

Bajo la presioacuten de producir alimentos en

sistemas que mantengan estables su produccioacuten

y rentabilidad a largo plazo sin generar

inequidad social y preservando todos los

recursos naturales bajo el paradigma de la

sostenibilidad han cobrado especial importancia

el uso de aacuterboles forrajeros como fuente viable

para la alimentacioacuten animal y maacutes recientemente

el manejo de sistemas silvopastoriles que

integran el uso de pasturas aacuterboles y animales

con diferentes objetivos y estrategias de

produccioacuten (Giraldo 1996a)

En Meacutexico existe una gran variedad de

especies arboacutereas y arbustivas que tienen

potencial par a ser incorporadas en los sistemas

de produccioacuten en el troacutepico (Soto et al 1997)

los cuales podriacutean introducir elementos de

sostenibilidad en los sistemas actuales (Enkerlin

et al1997) al hacerlo menos dependiente de

insumos externos concentrados energeacuteticos y

proteicos que tienen que ser adquiridos a costos

elevados por los ganaderos (Laker 1994)

La explotacioacuten pecuaria intensiva

requiere de altas inversiones en las que el

alimento generalmente representa entre el 60 y

80 de los costos totales de produccioacuten (Bondi

1988) Los principios nutritivos son compuestos

quiacutemicos contenidos en los alimentos que

resultan necesarios para el mantenimiento la

reproduccioacuten produccioacuten y salud de los

animales Los maacutes importantes son agua

carbohidratos grasas proteiacutenas minerales y

vitaminas (Bondi 1988) Las proteiacutenas son

necesarias en la alimentacioacuten animal por las

numerosas funciones que desarrollan en el

organismo animal

Objetivo general

Por lo cual dentro de los objetivos del presente

trabajo es evaluar aspectos nutritivos del fruto de

estas especies arboacutereas para incorporarlas a los

sistemas de explotacioacuten pecuaria como una

alternativa para mejorar el rendimiento animal

al incrementarse el consumo de proteiacutena energiacutea

y minerales en la dieta del ganado a un costo

reducido

Objetivos particulares

1 Determinar la calidad nutritiva de la

harina de los frutos de E cyclocarpum y

B alicastrum (MO) proteiacutena cruda (PC)

fibra detergente neutra (FDN) fibra

detergente aacutecida (FDA) de los frutos de

E cyclocarpum y B alicastrum

2 Evaluar el comportamiento de ovinos al

incluir la harina de frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum en su dieta

alimenticia

3 Estimar el valor econoacutemico de las

raciones en estudio

Materiales y meacutetodos

Localizacioacuten

El estudio se realizoacute en el municipio de Cabo

Corrientes en la localidad de Chacala donde se

encuentran ampliamente distribuidas las

especies en estudio dentro de los tipos de

vegetacioacuten de selva mediana subcaducifolia La

Comunidad se ubica a 31 km al Noroeste de la

poblacioacuten de El Tuito cabecera municipal de

Cabo Corrientes Jal en las coordenadas

20deg10rsquo55rsquorsquo a los 20deg31rsquo00rsquorsquo de latitud norte y de

los 105deg10rsquo00rsquorsquo a los 105deg41rsquo25rsquorsquo de longitud

oeste El municipio limita al norte con el de

Puerto Vallarta y el Oceacuteano Paciacutefico al sur con

el de Tomatlaacuten al oriente con el de Talpa de

Allende y al poniente con el Oceacuteano Paciacutefico

Aspectos nutricionales de las especies en

estudio

La determinacioacuten de la composicioacuten quiacutemica de

los frutos se realizoacute en el laboratorio de nutricioacuten

animal del Departamento de Produccioacuten

Animal de la Divisioacuten de Ciencias Veterinarias

para medir las fracciones quiacutemicas de los frutos

por anaacutelisis bromatoloacutegico de proteiacutena cruda

(PC) extracto eteacutereo (EE) y extracto libre de

nitroacutegeno (ELN)) usando el meacutetodo de Wendee

(AOAC 1990)

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LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Se determinaron las fracciones de fibra

detergente neutra (FDN) fibra detergente aacutecida

(FDA) celulosa hemicelulosa y lignina (teacutecnica

de Van Soest y Wine 1967) con el equipo

ANKOM Minerales El calcio y foacutesforo fueron

analizados por meacutetodos colorimeacutetricos el

potasio se analizoacute mediante la teacutecnica del

flamoacutemetro (Van Soest 1979) magnesio azufre

y cobre por el metodo de TMECC 0406 413

Prueba de comportamiento Se llevoacute a cabo una

prueba de comportamiento con ovinos pelibuey

en la cual se evaluoacute el consumo de alimento

aumento de peso y conversioacuten alimenticia

ademaacutes de un anaacutelisis econoacutemico con

porcentajes de 10 y 20 de inclusioacuten de harina

de los frutos en estudio maacutes las dietas testigo

(0 de harina de frutos)

Tratamientos estudiados

El trabajo experimental consistioacute en evaluar tres

tratamientos con los porcentajes de inclusioacuten de

0 10 y 20 de harina de E cyclocarpum y de

B alicastrum en dietas isocaloacutericas e

isoproteacuteicas T1 T4 = 0 T2 T5 = 10 T3 T6 =

20 para cada una de las harinas de los frutos

arboacutereos Los ingredientes y anaacutelisis

bromatoloacutegicos de ingredientes y mezclas se

muestran en los Tablas del 1 al 3

Testigos E cyclocarpum B alicastrum

Ingredientes 10 20 10 20

Rastrojo de maiacutez 2700 5450 2700 5400 2700

Alfalfa 1200 - 1 740 - 1320

Trigo 2200 - 480 - 480

Sorgo 2000 1700 1500 1500 1500

Melaza 1210 1000 1000 1000 1000

Harina de pescado 200 320 100 570 520

E cyclocarpum - 1000 2000 - -

B alicastrum - - - 1000 2000

Roca fosfoacuterica 100 100 100 100 100

Carbonato de calcio 100 100 100 100 100

Vitaminas 025 025 025 025 025

Minerales 005 005 005 005 005

Sal 100 100 100 100 100

Urea 160 200 150 200 150

Totales 10000 10000 10000 10000 10000

Tabla 1 Porcentajes de E cyclocarpum y B alicastrum e

ingredientes utilizados en cada tratamiento por dieta

Alfalfa Trigo Sorgo H pescado Ecyclocarpum Balicastrum

Humedad 104 103 95 75 387 203

Cenizas 120 34 23 151 425 525

Proteiacutena 211 11 107 641 229 1088

Grasa 15 14 32 104 129 107

Fibra 165 30 28 00 724 1318

ELN 376 709 714 29 6045 6702

Materia seca 896 897 905 925 9613 9797

M Orgaacutenica 880 9660 977 849 9575 9448

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Tabla 2 Anaacutelisis bromatoloacutegico de los ingredientes

incluidos en los tratamientos de la harina de frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum reportado en

Testigos E cyclocarpum B alicastrum

Concepto 0 10 20 10 20

Humedad 1050 1000 1030 1051 1120

Cenizas 1060 1010 1015 1031 1030

Proteiacutena 1590 1540 1543 1546 1543

Grasa 140 140 145 120 100

Fibra 1060 1010 1518 1029 1030

ELN 5100 5300 4749 5223 5177

Materia seca 8950 9000 8970 8949 8880

Materia orgaacutenica 8940 8990 8985 8969 8970

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Tabla 3 Anaacutelisis bromatoloacutegico de los tratamientos

estudiados

Materiales utilizados

En la presente investigacioacuten se utilizoacute una nave

para ovinos con una dimensioacuten de 10 m de ancho

por 40 m de largo con techo de laacutemina aislante

piso de cemento con las ventanas hacia el norte

y hacia el sur el enjarre es de cemento pintado

de blanco

En esta nave se lotificaron 24 corrales de

dos metros de ancho x tres de largo cada uno

separado con tubos de fierro con un diaacutemetro de

tres pulgadas Para el suministro de agua y

alimento se utilizaron comederos y bebederos de

plaacutestico Se dispuso de dos baacutesculas de

precisioacuten una con capacidad de 2600 kg para

pesar los minerales y la otra de 120 kg para pesar

los ovinos y los ingredientes de los tratamientos

asiacute como un molino de martillos con una criba

de dos mm y una revolvedora horizontal para

moler y mezclar los ingredientes de cada racioacuten

Se utilizaron un total de 72 ovinos de la raza

Pelibuey con un peso promedio de 25 kg

vacunada y desparasitados interna y

externamente

Procedimiento experimental

Los frutos de E cyclocarpum y B alicastrum

fueron secados al sol durante ocho diacuteas

consecutivos y despueacutes molidos en un molino de

martillo la mezcla de los ingredientes se hizo en

una revolvedora horizontal Un total de seis

tratamientos con cuatro repeticiones (tres

animales por repeticioacuten y 24 por tratamiento)

fueron estudiados bajo un disentildeo experimental

de bloques al azar boqueado por el peso de los

animales en ligeros (l) n= 12 con un peso

promedio de 24 kg medianos (m) n= 12 peso

promedio 25 kg y pesados (p) n= 12 peso

promedio 26 kg El peso promedio de los

animales por tratamiento fue de 25kg

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suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Cada animal se aretoacute con un nuacutemero

progresivo despueacutes fueron distribuidos en los

diferentes tratamientos Se desparasitoacute con

ivermectina (Ivomec) y se vacunoacute contra las

enfermedades maacutes comunes en la zona

(septicemia hemorraacutegica carboacuten sintomaacutetico y

edema maligno) aplicando Bacterina Triple y

contra Aacutentrax Despueacutes de distribuidos los

animales se les dio agua para evitar la

deshidratacioacuten Tuvieron un periodo de 8 diacuteas de

adaptacioacuten para las nuevas dietas en estudio

El experimento tuvo una duracioacuten de 72

diacuteas durante el cual se registraron las siguientes

mediciones

a Ganancia peso Los animales se pesaron

al inicio del experimento y despueacutes a

intervalos regulares cada 14 diacuteas con un

ayuno previo de 24 horas de alimento y

agua Las ganancias de peso catorcenal

se obtuvieron por diferencia entre dos

pesadas consecutivas

b Consumo de alimento El agua fue

ofrecida ad libitum El alimento se

pesaba y se ofreciacutea el 50 a las 9 de la

mantildeana y 50 a las 6 de la tarde al diacutea

siguiente a las 8 de la mantildeana se

recolectaban el alimento rechazado se

pesaba y por diferencia se sacoacute el

consumo diario

Los paraacutemetros a medir fueron

ndash Peso diario de alimento proporcionado a

los ovinos

ndash Peso del alimento rechazado diariamente

ndash Peso corporal de los ovinos

catorcenalmente despueacutes de una dieta de

24 horas y anaacutelisis econoacutemico de las

raciones

ndash Los paraacutemetros indirectos fueron

ndash Kg de alimento consumido por diacutea

ndash Ganancia media diaria de peso

ndash Conversioacuten alimenticia

Disentildeo experimental

El experimento se desarrolloacute bajo un disentildeo de

bloques al azar bloqueado por el peso de los

animales en ligero (l) mediano (m) y pesado (p)

El modelo estadiacutestico utilizado fue Yij + M +

Ti + Bj + TiBj

Doacutende

Yij = Variable de respuesta

M = Media ponderada

Ti = Efecto de tratamiento i-esimo

Bj = Efecto del bloque j-iesimo

Ti Bj = Interaccioacuten entre tratamiento i-esimo y

bloque j-iesim

Variables bajo estudio

Ganancia de peso

Consumo de alimento

Conversioacuten alimenticia

Los resultados fueron analizados

mediante ANOVA Utilizando los

procedimientos del paquete estadiacutestico

STATISCA 60 se hizo la comparacioacuten de

medias con la prueba de Tukey (Plt005)

Resultados y discusioacuten

Aspectos nutricionales de las especies

arboacutereas en estudio

La calidad nutritiva en cuanto a MS PC MO

ELN humedad cenizas grasa y fibra cruda La

uacutenica diferencia significativa encontrada entre

las especies en estudio correspondioacute a la proteiacutena

(2290 vs 1088) fibra (724 vs 1318) y

elementos libres de nitroacutegeno (ELN) (6045 vs

6702) (Tabla 4)

ELN estaacute representado principalmente

por los azuacutecares solubles de muy faacutecil digestioacuten

EL valor maacutes alto fue B alicastrum (6702)

comparado con el E cyclocarpum (6045)

El ELN en estos frutos es de suma

importancia para el balance de energiacutea y proteiacutena

en el rumen ya que representa una fuente de

energiacutea faacutecilmente fermentable la cual es

aprovechada raacutepidamente por la flora

microbiana para todos los procesos de siacutentesis

Corroborando lo publicado por Bondi 1988 con

el contenido de ELN de estos frutos estamos

proporcionando a los rumiantes un fuente de

energiacutea para la flora microbiana que esta a su

vez proporcionaraacute al animal mayor capacidad

de digestioacuten y aprovechamiento de los

nutrientes

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suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Determinacioacuten E

cyclocarpum

B

alicastrum

Humedad 387 203

Cenizas 425 552

Proteiacutena 2290 1088

Grasa 129 107

Fibra 724 1318

ELN 6045 6702

Materia seca 9613 9797

FDN 3458 1937

FDA 3128 1725

Lignina 2566 1225

Celulosa 526 425

Hemicelulosa 330 287

Nitroacutegeno 366 174

Foacutesforo 030 020

Potasio 086 100

Calcio 027 020

Magnesio 078 076

Azufre 022 024

Cobre ppm 556 552

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Fibra detergente neutro (FDN) fibra detergente aacutecida

(FDA)

Tabla 4 Anaacutelisis quiacutemico proximal de la harina de los

frutos de E cyclocarpum y B alicastrum reportados en

porcentaje

El contenido de proteiacutena cruda (PC)

obtenido en B alicastrum (1088) resulto maacutes

bajo de lo esperado comparado con otras

investigaciones entre ellos Sosa et al 2004

(1381) Palma 2006 (1304) sentildealaron que

la proteiacutena variacutea del 12 al 20 sin embargo

Carranza et al 2003 que reportaron 865 y

968 valores maacutes bajos encontrados en este

trabajo Para el E cyclocarpum (Carranza et al

2003 Cecconello et a 2003) reportaron 1828

y 1410 teniendo una variacioacuten con los valores

reportados por parte de Aacutelvarez et al 2003

reportoacute en PC 172 Palma en el 2006 encontroacute

el 1549 valores maacutes bajos a los encontrados

en este trabajo

Esta variacioacuten se puede deber que estos

autores sus investigaciones fueron realizados en

diferente estados y diferentes eacutepocas Por su

parte Barrientos (2006) reportoacute para la harina

del fruto E cyclocarpum valores de 2792 de

proteiacutena en Tomatlaacuten de 1944 en la Cruz de

Huanacaxtle 3179 en Autlaacuten 2285 en la

Huerta todos en el estado de Jalisco En general

en estas discrepancias pueden influir las

condiciones edafoloacutegicas del sitio y diferentes

periacuteodos de estudio

Fracciones de fibra de la harina de los frutos

de E cyclocarpum y B alicastrum

Con relacioacuten a las fracciones de fibra para las

diferentes harinas de los frutos en estudio se

muestran en el Tabla 4 Los contenidos de fibra

total expresados como FDA y FDN para E

cyclocarpum variaron entre 3128 y 3458 y

para B alicastrum 1725 1937

concernientemente lo cual puede indicar que la

disponibilidad de nutrientes en los frutos

completos es variable dependiendo del nivel de

fibra presente

El promedio de FDN y FDA para E

cyclocarpum son superiores a los reportados por

Cecconello et al 2003 (2753 199) y Sosa et

al 2004 (4120 y 2483) Estos valores son

muy parecidos a los reportados por Febles et

al (1999) donde los estimaciones son FDN

415 FDA 298 lignina (lig) 58 celulosa (cel)

225 y hemicelulosa (hemi) 117 Es posible

que la diferencia encontrada con estos autores se

deba a que estos frutos fueron evaluados en

diferente paiacutes por lo tanto diferentes

condiciones climaacuteticas y edafoloacutegicas

Dentro de los trabajos realizados con

frutos de B alicastrum se encuentran los de

Lizarraga et al 2001 Sosa et al 2004 los

cuales reportaron valores de 375 285 6750

4710 615 40 y 4348 en FDN y FDA por

su parte Delgado et al (2000) reportaron los

siguientes valores (FDN 558 FDA 358 lig 83

cel 25 y hemi 20) valores muy superiores a los

encontrados en este trabajo

Contenido de minerales de la harina de los

frutos de las arboacutereas en estudio

El contenido de minerales de la harina de E

cyclocarpum y B alicastrum se observan en el

Tabla iquest4 donde el potasio se encuentra en mayor

porcentaje en el fruto de B alicastrum con 100

con respecto a la harina de E cyclocarpum

(086) sin embargo nitroacutegeno (N) (366) se

encuentra en mayor cantidad en la harina de E

cyclocarpum Delgado et al (2000) sentildealaron

que el E cyclocarpum contiene el uno porciento

de foacutesforo y calcio Sin embargo Carranza et al

(2003) y Sosa et al (2004) encontraron los

valores de 09 451 117 19 ppm para estos

mismos minerales

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suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

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En un trabajo publicado por Cecconello

et al (2003) reportaron valores de 226 029

036 077 023 y 555 ppm para nitrogeno

foacutesforo calcio magnesio (Mg) azufre (S) y

cobre (Cu) Son valores muy similares a los

reportados en este trabajo con la diferencia de

que ellos evaluaron en Venezuela Por su parte

Romaacuten et al (2004) publicaron los siguientes

resultados 245 de N 117 19 029 ppm de P

K y Calcio Barrientos (2006) reportoacute para la

harina del fruto completo de E cyclocarpum

valores de 221 159 081 032 019 027

0052 y 0034 de N Ca K Mg sodio (Na) P

Cu y fierro en la localidad de Tomatlaacuten Jalisco

Destacandose el N (366) de los reportados

por los otros autores Para B alicastrum

Carranza et al (2003) reportaron 014 y 267

de foacutesforo y calcio Romaacuten et al (2004)

encontraron 154 de N 4 20 065 ppm de P

K y Ca respectivamente Los valores reportados

por estos autores son similares a los obtenidos en

este trabajo las diferencias pueden ser por la

calidad del sitio y antildeo de observacioacuten

Prueba de comportamiento

El consumo de alimento diario para el

tratamiento de las dietas testigo la inclusioacuten del

10 y el 20 de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum no se encontroacute

diferencia significativa (Pgt005) entre los

tratamientos al realizar el anaacutelisis de varianza

La inclusioacuten de los diferentes niveles de harina

de E cyclocarpum y B alicastrum no modificoacute

explicativamente el consumo de alimento con

respecto a la racioacuten testigo Estos datos se

pueden observar maacutes objetivamente en el Tabla

5

Tratamientos E cyclocarpum

(g)

B alicastrum

(g)

T1 y T4 289a 292b

T2 y T5 291a 294ordf

T3 y T6 297a 301ordf

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de inclusioacuten

No hay diferencia significativa entre tratamientos

(Plt005)

Tabla 5 Consumo de alimento diario para los ovinos en

los seis tratamientos

Auacuten el no existir diferencias estadiacutesticas

en el consumo de las diferentes raciones en

estudio los resultados mostraron una tendencia

positiva entre el consumo y el nivel de inclusioacuten

de harina de E cyclocarpum y B alicastrum en

la dieta

Esta tendencia difiere con los resultados

obtenidos por Gonzaacutelez et al (1989) quienes

encontraron un menor consumo de materia seca

al comparar un nivel de inclusioacuten de 311 en

contra de 0 y 155 de E cyclocarpum

Gonzaacutelez et al (1989) y Amaro et al (1993)

sentildealan que el maacuteximo consumo voluntario de

materia seca se encontroacute en los niveles de

inclusioacuten del 31 y el 48 en tanto que Bonilla

(1999) indicoacute que el consumo voluntario

aumento conforme se incrementoacute la inclusioacuten de

la harina de E cyclocarpum en la dieta de 40 a

61 Los resultados anteriores mostraron una

gran variacioacuten entre la relacioacuten que guardan el

nivel de inclusioacuten de la harina de los frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum y el consumo de

alimento de las diferentes raciones este

fenoacutemeno pudiera estar explicado por los

diferentes tiempos de secado del fruto y de

almacenado de la harina referidos por los

distintos autores

En este estudio el fruto fue secado al sol

durante 10 diacuteas por espacio de ocho horas el

fruto fue molido y ofertado a los animales con un

periodo de acopio de seis meses mientras que

Peacuterez y Zapata (1993) utilizaron ocho diacuteas de

exposicioacuten y un periacuteodo corto de almacenaje en

tanto Alvarez et al (2003) utilizaron la harina

de E cyclocarpum despueacutes de un antildeo de

almacenaje Este periodo de almacenaje pudo

influir en algunas de las caracteriacutesticas

organoleacutepticas del alimento modificando su

consumo tanto en el E cyclocarpum como el B

alicastrum

Aumento de peso

En cuanto al aumento de peso diario para los

diferentes tratamientos se observoacute diferencias

significativas (Plt005)

Tratamientos E cyclocarpum

(g)

B alicastrum

(g)

T1 y T4 242a 230a

T2 y T5 220a 238a

T3 y T6 167b 198b

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de inclusioacuten

Letras diferentes en lineas indican diferencia significativa

(Plt005)

Tabla 6 Aumento de peso diario de los ovinos en los

diferentes tratamientos

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Los resultados de Gonzaacutelez et al (1989)

mencionaron ganancias de peso diario de 96 a

102 g con niveles de inclusioacuten de 15 y 30 de

harina de E cyclocarpum en raciones basadas

en 73 y 63 de rastrojo de maiacutez

respectivamente Peacuterez et al (1991)

encontraron 101 y 141 g de aumento de peso con

inclusiones de 10 y 20 de la harina cuando

proporcionaron 40 de rastrojo de maiacutez y 20

de sorgo con animales criollos y de un peso

inicial de 22 kg Bonilla (1999) reportoacute que

cuando se utilizaron niveles de 12 y 24 de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum en una

dieta con un contenido de 40 de rastrojo de

maiacutez y 14 de grano de sorgo obtuvo un

aumento de peso de 127 gdiacutea

Aacutelvarez et al (2003) en un trabajo

realizado con harina de E cyclocarpum y

gallinaza con inclusiones del 15 y el 30 obtuvo

una ganancia de peso diaria de 86 y 74 g Por

otro lado Peralta et al (2004) reporta 168 160

y 125 g de aumento de peso con niveles de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum de 10 20

y 30 Como podemos observar en este trabajo

los aumentos de peso fueron superiores a los

reportados por otros autores mientras que las

tablas de nutricioacuten (NRC 1996) recomienda el

16 de proteiacutena para animales confinados de

razas especializadas con un promedio de 20 a 25

kg de peso y para ganancia de peso de 250 y 300

g por diacutea valores muy similares a los obtenidos

en este trabajo

Conversioacuten alimenticia En la conversioacuten

alimenticia se observan diferencias

significativas (Plt005) para el tratamiento de la

inclusioacuten del 20 de harina de E cyclocarpum

y de B alicastrum en relacioacuten con los demaacutes

tratamientos (Tabla 7)

Tratamientos E

cyclocarpum

(kg)

B

alicastrum

(kg)

T1 y T4 613b 1 651b 1

T2 y T5 678b 1 636b 1

T3 y T6 705a 1 781a 1

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de

inclusioacuten

Tabla 7 Conversioacuten alimenticia para los ovinos en los

diferentes tratamientos

Letras diferentes en columnas hay

diferencia significativa (Plt005)

La conversioacuten alimenticia de los

animales en todos los tratamientos con inclusioacuten

de harina de fruto de E cyclocarpum fue mejor

a la encontrada por Bonilla (1999) quien al

utilizar una inclusioacuten de 48 en la racioacuten obtuvo

una conversioacuten alimenticia de 81 (es decir que

necesita ocho unidades de alimento para

producir una de carne)

Por otro lado Aacutelvarez et al (2003)

utilizando 30 de harina de E cyclocarpum y

hasta un 20 de rastrojo de maiacutez en la dieta

obtuvo una conversioacuten de 7471

Peralta et al (2004) en un trabajo

realizado con ovinos estabulados y utilizando la

inclusioacuten de 10 20 y 30 de E cyclocarpum

encontroacute que la conversioacuten alimenticia fue

estadiacutesticamente similar para todos los

tratamientos (471 391 y 471) superior al

encontrado en esta investigacioacuten

Finalmente Peacuterez et al 1991

mencionaron que con la inclusioacuten de 20 de

harina de frutos de E cyclocarpum se consiguioacute

la mayor conversioacuten alimenticia (698) y el

menor costo de produccioacuten por concepto de

alimentacioacuten ($220) resultando similar al

encontrado en este trabajo

El costo estimado de alimento por kilogramo

de carne producida

Para los tratamientos estudiados en ovinos en

estabulacioacuten lo podemos observar en el (Tabla

8) el costo maacutes bajo correspondioacute a la inclusioacuten

del 10 de E cyclocarpum y el maacutes alto para

la dieta testigo Los costos de la alimentacioacuten

decrecieron en un 14 a un 26 por kg de carne

producida comparado con la racioacuten testigo

(Tabla 8)

Se calculoacute el costo por kilogramo de la

harina de los frutos de E cyclocarpum y de B

alicastrum considerando el salario miacutenimo de la

localidad aplicado a mano de obra para

recoleccioacuten molienda e integracioacuten a los

tratamientos estudiados

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Testigo Ecyclocarpum B alicastrum Costokg

de

ingrediente

Ingredientes 10 20 10 20

Rastrojo de maiacutez

2700 5450 2700 5450 2700 165

Alfalfa 1200 - 1 740 - 1320 255

Trigo 2200 - 480 - 480 285

Sorgo 2000 1700 1500 1500 1500 235

Melaza 1450 1000 1000 1000 1000 200

Harina de

pescado

200 320 100 550 520 800

Harina de frutos - 1000 2000 10 20 200

Roca fosfoacuterica 100 100 100 100 100 140

Carbonato de calcio

100 100 100 100 100 380

Vitaminas 025 025 025 025 025 900

Minerales 005 005 005 005 005 095

Sal 100 100 100 100 100 145

Urea 160 200 150 200 150 430

Totales 10000 10000 10000 10000 10000

Costokg de

Alimento

245 213 221 242 244

Tabla 8 Porcentaje de los Ingredientes de las raciones en

estudio

Tratamientos Conversioacuten

alimenticia

Costo por

kg de

racioacuten

Costo alimento

kg de carne

producido

E cyclocarpum

T1 636a 1 280 1780

T2 678a 1 229 1552

T3 705b 1 181 1276

B alicastrum

T4 651a 1 280 1823

T5 613a 1 235 1441

T6 781b 1 204 1593

A b c literal diferente por columna indica diferencia

estadiacutestica (Plt005)

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de

inclusioacuten

Tabla 9 Conversioacuten alimenticia y costo estimado en los

diferentes tratamientos en ovinos en estabulacioacuten

El costo del kilogramo de carne

producida el maacutes bajo correspondioacute al 10 de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum aunque

este tratamiento no fue el mejor en cuanto a

consumo de alimento y conversioacuten alimenticia

esto se puede deber a que la fuente proteica de la

racioacuten es la de mayor costo y con esta inclusioacuten

del 10 se bajan los costos de produccioacuten

Peralta et al (2003) mencionaron que el costo

de alimento por carne producida en ovinos en

estabulacioacuten para la dieta testigo fue de $1076

en las inclusiones del 10 20 y 30 de harina de

frutos de E cyclocarpum fue de 935 721 y

837 respectivamente sus costos fueron menores

a los encontrados en este trabajo este fenoacutemenos

se puede deber a que no le asignaron un costo a

la harina de los frutos o que la fecha de la

investigacioacuten fue tres antildeos anteriores a este

trabajo porque los costos de los insumos

aumentan considerablemente antildeo con antildeo

Conclusiones

La inclusioacuten de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum en las raciones

alimenticias de los ovinos mejoroacute el consumo

El consumo de alimento fue mejor con la

inclusioacuten del 10 de B alicastrum La

conversioacuten alimenticia y el aumento de peso fue

mejor para la dieta testigo T1

El valor econoacutemico de la racioacuten

alimenticia con la inclusioacuten de las harina de los

frutos de E cyclocarpum el mejor fue con el

10 como sustituto de una fuente proteica en

ovinos estabulados lo que permitioacute mantener su

desarrollo con una disminucioacuten significativa de

los costos de produccioacuten Hay que considerar

que el costo se calculoacute con el de la mano de obra

local y no puede aplicarse a nivel nacional o

internacional

La inclusioacuten de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum en la

alimentacioacuten de rumiantes es una alternativa

teacutecnicamente viable dependiendo del nivel de

inclusioacuten la distancia y los costos de transporte

a las plantas de produccioacuten

la respuesta productiva encontrada en los

ovinos suplementados con frutos de leguminosas

arboacutereas estaacute asociada principalmente con

aumento en el consumo voluntario de materia

seca y energiacutea digestible mayor flujo de

proteiacutena microbial al duodeno y un mejor

balance entre nutrientes gluco y cetogeacutenicos

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I Warner) p 351-356

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iquestCuaacutel es su valor agregado respecto de las demaacutes

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Enfocar claramente cada una de sus

caracteriacutesticas

Explicar con claridad el problema a solucionar y

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letra a efectos de edicioacuten estas deberaacuten estar en

alta calidad no pixeladas y deben ser notables

aun reduciendo la imagen a escala

[Indicando el tiacutetulo en la parte inferior con Times

New Roman No 10 y Negrita]

Graacutefico 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Figura 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Tabla 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Cada Artiacuteculo deberaacute presentar de manera

separada en 3 Carpetas a) Figuras b) Graacuteficos

y c) Tablas en formato JPG indicando el

nuacutemero en Negrita y el Titulo secuencial

Para el uso de Ecuaciones sentildealar de la

siguiente forma

Yij = α + sum βhXhijrh=1 + uj + eij

(1)

Deberaacuten ser editables y con numeracioacuten alineada

en el extremo derecho

Metodologiacutea a desarrollar

Dar el significado de las variables en redaccioacuten

lineal y es importante la comparacioacuten de los

criterios usados

Resultados

Los resultados deberaacuten ser por seccioacuten del

Artiacuteculo

Anexos

Tablas y fuentes adecuadas

Agradecimiento

Indicar si fueron financiados por alguna

Institucioacuten Universidad o Empresa

Instrucciones para la Publicacioacuten Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 1er Autor Apellidos (EN

MAYUSCULAS) Nombre del 1er Coautor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 2do Coautor y Apellidos (EN

MAYUSCULAS) Nombre del 3er Coautor Tiacutetulo del Artiacuteculo Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica Antildeo (Times New Roman No8)

Conclusiones

Explicar con claridad los resultados obtenidos y

las posibilidades de mejora

Referencias

Utilizar sistema APA No deben estar

numerados tampoco con vintildeetas sin embargo

en caso necesario de numerar seraacute porque se

hace referencia o mencioacuten en alguna parte del

Artiacuteculo

Utilizar Alfabeto Romano todas las

referencias que ha utilizado deben estar en el

Alfabeto romano incluso si usted ha citado un

Artiacuteculo libro en cualquiera de los idiomas

oficiales de la Organizacioacuten de las Naciones

Unidas (Ingleacutes Franceacutes Alemaacuten Chino Ruso

Portugueacutes Italiano Espantildeol Aacuterabe) debe

escribir la referencia en escritura romana y no en

cualquiera de los idiomas oficiales

Ficha Teacutecnica

Cada Artiacuteculo deberaacute presentar un documento

Word (docx)

Nombre de la Revista

Tiacutetulo del Artiacuteculo

Abstract

Keywords

Secciones del Artiacuteculo por ejemplo

1 Introduccioacuten

2 Descripcioacuten del meacutetodo

3 Anaacutelisis a partir de la regresioacuten por curva de

demanda

4 Resultados

5 Agradecimiento

6 Conclusiones

7 Referencias

Nombre de Autor (es)

Correo Electroacutenico de Correspondencia al Autor Referencias

Requerimientos de Propiedad Intelectual

para su edicioacuten

Firma Autoacutegrafa en Color Azul del Formato de

Originalidad del Autor y Coautores

Firma Autoacutegrafa en Color Azul del Formato de

Aceptacioacuten del Autor y Coautores

Reserva a la Poliacutetica Editorial

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica se reserva el derecho de hacer los cambios editoriales requeridos

para adecuar los Artiacuteculos a la Poliacutetica Editorial del Research Journal Una vez aceptado el Artiacuteculo en

su versioacuten final el Research Journal enviaraacute al autor las pruebas para su revisioacuten ECORFANreg

uacutenicamente aceptaraacute la correccioacuten de erratas y errores u omisiones provenientes del proceso de edicioacuten

de la revista reservaacutendose en su totalidad los derechos de autor y difusioacuten de contenido No se aceptaraacuten

supresiones sustituciones o antildeadidos que alteren la formacioacuten del Artiacuteculo

Coacutedigo de Eacutetica ndash Buenas Praacutecticas y Declaratoria de Solucioacuten a Conflictos Editoriales

Declaracioacuten de Originalidad y caraacutecter ineacutedito del Artiacuteculo de Autoriacutea sobre la obtencioacuten de

datos e interpretacioacuten de resultados Agradecimientos Conflicto de intereses Cesioacuten de derechos

y distribucioacuten

La Direccioacuten de ECORFAN-Meacutexico SC reivindica a los Autores de Artiacuteculos que su contenido debe

ser original ineacutedito y de contenido Cientiacutefico Tecnoloacutegico y de Innovacioacuten para someterlo a evaluacioacuten

Los Autores firmantes del Artiacuteculo deben ser los mismos que han contribuido a su concepcioacuten

realizacioacuten y desarrollo asiacute como a la obtencioacuten de los datos la interpretacioacuten de los resultados su

redaccioacuten y revisioacuten El Autor de correspondencia del Artiacuteculo propuesto requisitara el formulario que

sigue a continuacioacuten

Tiacutetulo del Artiacuteculo

ndash El enviacuteo de un Artiacuteculo a Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica emana el compromiso del autor de

no someterlo de manera simultaacutenea a la consideracioacuten de otras publicaciones seriadas para ello

deberaacute complementar el Formato de Originalidad para su Artiacuteculo salvo que sea rechazado por

el Comiteacute de Arbitraje podraacute ser retirado

ndash Ninguno de los datos presentados en este Articulo ha sido plagiado oacute inventado Los

datos originales se distinguen claramente de los ya publicados Y se tiene conocimiento del testeo

en PLAGSCAN si se detecta un nivel de plagio Positivo no se procederaacute a arbitrar

ndash Se citan las referencias en las que se basa la informacioacuten contenida en el Artiacuteculo asiacute

como las teoriacuteas y los datos procedentes de otros Artiacuteculos previamente publicados

ndash Los autores firman el Formato de Autorizacioacuten para que su Artiacuteculo se difunda por los medios

que ECORFAN-Meacutexico SC en su Holding Bolivia considere pertinentes para divulgacioacuten y

difusioacuten de su Artiacuteculo cediendo sus Derechos de Obra

ndash Se ha obtenido el consentimiento de quienes han aportado datos no publicados obtenidos

mediante comunicacioacuten verbal o escrita y se identifican adecuadamente dicha comunicacioacuten y

autoriacutea

ndash El Autor y Co-Autores que firman este trabajo han participado en su planificacioacuten disentildeo y

ejecucioacuten asiacute como en la interpretacioacuten de los resultados Asimismo revisaron criacuteticamente el

trabajo aprobaron su versioacuten final y estaacuten de acuerdo con su publicacioacuten

ndash No se ha omitido ninguna firma responsable del trabajo y se satisfacen los criterios de

Autoriacutea Cientiacutefica

ndash Los resultados de este Artiacuteculo se han interpretado objetivamente Cualquier resultado

contrario al punto de vista de quienes firman se expone y discute en el Artiacuteculo

Copyright y Acceso

La publicacioacuten de este Artiacuteculo supone la cesioacuten del copyright a ECORFAN-Mexico SC en su

Holding Bolivia para su Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica que se reserva el derecho a distribuir

en la Web la versioacuten publicada del Artiacuteculo y la puesta a disposicioacuten del Artiacuteculo en este formato

supone para sus Autores el cumplimiento de lo establecido en la Ley de Ciencia y Tecnologiacutea de los

Estados Unidos Mexicanos en lo relativo a la obligatoriedad de permitir el acceso a los resultados de

Investigaciones Cientiacuteficas

Tiacutetulo del Artiacuteculo

Nombre y apellidos del Autor de contacto y de los Coautores Firma

1

2

3

4

Principios de Eacutetica y Declaratoria de Solucioacuten a Conflictos Editoriales

Responsabilidades del Editor

El Editor se compromete a garantizar la confidencialidad del proceso de evaluacioacuten no podraacute revelar a

los Aacuterbitros la identidad de los Autores tampoco podraacute revelar la identidad de los Aacuterbitros en ninguacuten

momento

El Editor asume la responsabilidad de informar debidamente al Autor la fase del proceso editorial en que

se encuentra el texto enviado asiacute como de las resoluciones del arbitraje a Doble Ciego

El Editor debe evaluar los manuscritos y su contenido intelectual sin distincioacuten de raza geacutenero

orientacioacuten sexual creencias religiosas origen eacutetnico nacionalidad o la filosofiacutea poliacutetica de los Autores

El Editor y su equipo de edicioacuten de los Holdings de ECORFANreg no divulgaraacuten ninguna informacioacuten

sobre Artiacuteculos enviado a cualquier persona que no sea el Autor correspondiente

El Editor debe tomar decisiones justas e imparciales y garantizar un proceso de arbitraje por pares justa

Responsabilidades del Consejo Editorial

La descripcioacuten de los procesos de revisioacuten por pares es dado a conocer por el Consejo Editorial con el

fin de que los Autores conozcan cuaacuteles son los criterios de evaluacioacuten y estaraacute siempre dispuesto a

justificar cualquier controversia en el proceso de evaluacioacuten En caso de Deteccioacuten de Plagio al Artiacuteculo

el Comiteacute notifica a los Autores por Violacioacuten al Derecho de Autoriacutea Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de

Innovacioacuten

Responsabilidades del Comiteacute Arbitral

Los Aacuterbitros se comprometen a notificar sobre cualquier conducta no eacutetica por parte de los Autores y

sentildealar toda la informacioacuten que pueda ser motivo para rechazar la publicacioacuten de los Artiacuteculos Ademaacutes

deben comprometerse a mantener de manera confidencial la informacioacuten relacionada con los Artiacuteculos

que evaluacutean

Cualquier manuscrito recibido para su arbitraje debe ser tratado como documento confidencial no se

debe mostrar o discutir con otros expertos excepto con autorizacioacuten del Editor

Los Aacuterbitros se deben conducir de manera objetiva toda criacutetica personal al Autor es inapropiada

Los Aacuterbitros deben expresar sus puntos de vista con claridad y con argumentos vaacutelidos que contribuyan

al que hacer Cientiacutefico Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten del Autor

Los Aacuterbitros no deben evaluar los manuscritos en los que tienen conflictos de intereses y que se hayan

notificado al Editor antes de someter el Artiacuteculo a evaluacioacuten

Responsabilidades de los Autores

Los Autores deben garantizar que sus Artiacuteculos son producto de su trabajo original y que los datos han

sido obtenidos de manera eacutetica

Los Autores deben garantizar no han sido previamente publicados o que no esteacuten siendo considerados en

otra publicacioacuten seriada

Los Autores deben seguir estrictamente las normas para la publicacioacuten de Artiacuteculos definidas por el

Consejo Editorial

Los Autores deben considerar que el plagio en todas sus formas constituye una conducta no eacutetica

editorial y es inaceptable en consecuencia cualquier manuscrito que incurra en plagio seraacute eliminado y

no considerado para su publicacioacuten

Los Autores deben citar las publicaciones que han sido influyentes en la naturaleza del Artiacuteculo

presentado a arbitraje

Servicios de Informacioacuten

Indizacioacuten - Bases y Repositorios

RESEARCH GATE (Alemania)

GOOGLE SCHOLAR (Iacutendices de citaciones-Google)

REDIB (Red Iberoamericana de Innovacioacuten y Conocimiento Cientiacutefico- CSIC)

MENDELEY (Gestor de Referencias bibliograacuteficas)

DULCINEA (Revistas cientiacuteficas espantildeolas)

UNIVERSIA (Biblioteca Universitaria-Madrid)

SHERPA (Universidad de Nottingham- Inglaterra)

Servicios Editoriales

Identificacioacuten de Citacioacuten e Iacutendice H

Administracioacuten del Formato de Originalidad y Autorizacioacuten

Testeo de Artiacuteculo con PLAGSCAN

Evaluacioacuten de Artiacuteculo

Emisioacuten de Certificado de Arbitraje

Edicioacuten de Artiacuteculo

Maquetacioacuten Web

Indizacioacuten y Repositorio

Traduccioacuten

Publicacioacuten de Obra

Certificado de Obra

Facturacioacuten por Servicio de Edicioacuten

Poliacutetica Editorial y Administracioacuten

21 Santa Luciacutea CP-5220 Libertadores -Sucre ndash Bolivia Tel +52 1 55 6159 2296 +52 1 55 1260 0355

+52 1 55 6034 9181 Correo electroacutenico contactecorfanorg wwwecorfanorg

ECORFANreg

Editor en Jefe ROSALES-BORBOR Eleana BsC

Directora Ejecutiva RAMOS-ESCAMILLA Mariacutea PhD

Director Editorial PERALTA-CASTRO Enrique MsC

Disentildeador Web

ESCAMILLA-BOUCHAN Imelda PhD

Diagramador Web

LUNA-SOTO Vladimir PhD

Asistente Editorial

SORIANO-VELASCO Jesuacutes BsC

Traductor

DIacuteAZ-OCAMPO Javier BsC

Filoacuteloga

RAMOS-ARANCIBIA Alejandra BsC

Publicidad y Patrocinio

(ECORFANreg Bolivia) sponsorshipsecorfanorg

Licencias del Sitio

03-2010-032610094200-01-Para material impreso 03-2010-031613323600-01-Para material

electroacutenico 03-2010-032610105200-01-Para material fotograacutefico 03-2010-032610115700-14-Para

Compilacioacuten de Datos 04 -2010-031613323600-01-Para su paacutegina Web 19502-Para la Indizacioacuten

Iberoamericana y del Caribe 20-281 HB9-Para la Indizacioacuten en Ameacuterica Latina en Ciencias Sociales y

Humanidades 671-Para la Indizacioacuten en Revistas Cientiacuteficas Electroacutenicas Espantildea y Ameacuterica Latina

7045008-Para su divulgacioacuten y edicioacuten en el Ministerio de Educacioacuten y Cultura-Espantildea 25409-Para su

repositorio en la Biblioteca Universitaria-Madrid 16258-Para su indexacioacuten en Dialnet 20589-Para

Indizacioacuten en el Directorio en los paiacuteses de Iberoameacuterica y el Caribe 15048-Para el registro internacional

de Congresos y Coloquios financingprogramsecorfanorg

Oficinas de Gestioacuten 21 Santa Luciacutea CP-5220 Libertadores -Sucre ndash Bolivia

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

ldquoProduccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomaterdquo

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto

SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato

ldquoEstudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemicordquo

GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano

GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

ldquoDisentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de airerdquo

SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel

TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo

ldquoModelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFTrdquo

VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y

RIVAS-CASTRO Sofiacutea

Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca

ldquoOptimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficiordquo

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y

GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

ldquoEfecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremadordquo

AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

ldquoInclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y

Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten

de ovinosrdquo

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-

LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Universidad de Guadalajara

Page 3: Revista de Energía Química y Física...ISSN 2410-3934 Revista de Energía Química y Física Volumen 6, Número 19 – Abril – Junio - 2019

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Definicioacuten del Research Journal

Objetivos Cientiacuteficos

Apoyar a la Comunidad Cientiacutefica Internacional en su produccioacuten escrita de Ciencia Tecnologiacutea en

Innovacioacuten en el Aacuterea de Biologiacutea y Quiacutemica en las Subdisciplinas de quiacutemica analiacutetica quiacutemica

farmaceacuteutica quiacutemica fiacutesica quiacutemica inorgaacutenica quiacutemica macromolecular quiacutemica nuclear fiacutesica de

fluidos fiacutesica estadiacutestica fiacutesica molecular fiacutesica teoacuterica

ECORFAN-Meacutexico SC es una Empresa Cientiacutefica y Tecnoloacutegica en aporte a la formacioacuten del Recurso

Humano enfocado a la continuidad en el anaacutelisis criacutetico de Investigacioacuten Internacional y estaacute adscrita al

RENIECYT de CONACYT con nuacutemero 1702902 su compromiso es difundir las investigaciones y

aportaciones de la Comunidad Cientiacutefica Internacional de instituciones acadeacutemicas organismos y

entidades de los sectores puacuteblico y privado y contribuir a la vinculacioacuten de los investigadores que

realizan actividades cientiacuteficas desarrollos tecnoloacutegicos y de formacioacuten de recursos humanos

especializados con los gobiernos empresas y organizaciones sociales

Alentar la interlocucioacuten de la Comunidad Cientiacutefica Internacional con otros centros de estudio de Meacutexico

y del exterior y promover una amplia incorporacioacuten de acadeacutemicos especialistas e investigadores a la

publicacioacuten Seriada en Nichos de Ciencia de Universidades Autoacutenomas - Universidades Puacuteblicas

Estatales - IES Federales - Universidades Politeacutecnicas - Universidades Tecnoloacutegicas - Institutos

Tecnoloacutegicos Federales - Escuelas Normales - Institutos Tecnoloacutegicos Descentralizados - Universidades

Interculturales - Consejos de CyT - Centros de Investigacioacuten CONACYT

Alcances Cobertura y Audiencia

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica es un Research Journal editado por ECORFAN-Meacutexico SC en su

Holding con repositorio en Bolivia es una publicacioacuten cientiacutefica arbitrada e indizada con periodicidad

trimestral Admite una amplia gama de contenidos que son evaluados por pares acadeacutemicos por el meacutetodo

de Doble-Ciego en torno a temas relacionados con la teoriacutea y praacutectica de quiacutemica analiacutetica quiacutemica

farmaceacuteutica quiacutemica fiacutesica quiacutemica inorgaacutenica quiacutemica macromolecular quiacutemica nuclear fiacutesica de

fluidos fiacutesica estadiacutestica fiacutesica molecular fiacutesica teoacuterica con enfoques y perspectivas diversos que

contribuyan a la difusioacuten del desarrollo de la Ciencia la Tecnologiacutea e Innovacioacuten que permitan las

argumentaciones relacionadas con la toma de decisiones e incidir en la formulacioacuten de las poliacuteticas

internacionales en el Campo de las Biologiacutea y Quiacutemica El horizonte editorial de ECORFAN-Meacutexicoreg

se extiende maacutes allaacute de la academia e integra otros segmentos de investigacioacuten y anaacutelisis ajenos a ese

aacutembito siempre y cuando cumplan con los requisitos de rigor argumentativo y cientiacutefico ademaacutes de

abordar temas de intereacutes general y actual de la Sociedad Cientiacutefica Internacional

Consejo Editorial

NUNtildeEZ - SELLES Alberto Julio PhD

Instituto Central de Anaacutelisis de Alimentos Utrecht

NAVARRO - FROacuteMETA Amado Enrique PhD

Instituto de Petroacuteleo y Quiacutemica Azerbaijaacuten

CORNEJO - BRAVO Joseacute Manuel PhD

University of California

CRUZ - REYES Juan PhD

Instituto de Cataacutelisis y Petroleoquiacutemica

STILIANOVA - STOYTCHEVA Margarita PhD

Universidad de Tecnologiacutea Quiacutemica y Metalurgia de Sofia

JIMEacuteNEZ - MOLEOacuteN Mariacutea Del Carmen PhD

Universidad Autoacutenoma del Estado de Meacutexico

COacuteRDOVA - GUERRERO Ivaacuten PhD

Universidad de la Laguna

ESCAMILLA - GARCIacuteA Erandi PhD

Universiteacute de Bourgogne

CHEW - HERNAacuteNDEZ Mario Luis PhD

University of Nottingham

CARVAJAL - MILLAN Elizabeth PhD

Eacutecole Nationale Supeacuterieure Agronomique de Montpellier

Comiteacute Arbitral

PALOS - PIZARRO Isidro PhD

Centro de Investigacioacuten en Quiacutemica Aplicada

VALDEacuteS - ORDONtildeEZ Alejandro PhD

Centro de Investigacioacuten y de Estudios Avanzados

HERRERA - PEacuteREZ Gabriel PhD

Universidad Autoacutenoma del Estado de Morelos

RIOS - DONATO Nely PhD

Universidad de Guanajuato

SALAZAR - HERNAacuteNDEZ Ma Mercedes PhD

Universidad de Guanajuato

GARCIacuteA - ORTEGA Heacutector PhD

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

LOacutePEZ - URETA Luz Cecilia PhD

Universidad de Guadalajara

CERTUCHA - BARRAGAacuteN Mariacutea Teresa PhD

Universidad Autoacutenoma de Baja California

DEL VALLE - GRANADOS Joseacute Mario PhD

Centro de Investigacioacuten Cientiacutefica y Educacioacuten Superior de Ensenada

RAMIacuteREZ - JIMEacuteNEZ Sandra Ignacia PhD

Universidad Autoacutenoma del Estado de Morelos

GAMBOA - HERNAacuteNDEZ Adriana PhD

Instituto Tecnoloacutegico de Saltillo

GARCIA - BETANCOURT Maria Luisa PhD

Universidad Autoacutenoma del Estado de Morelos

Cesioacuten de Derechos

El enviacuteo de un Artiacuteculo a Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica emana el compromiso del autor de no

someterlo de manera simultaacutenea a la consideracioacuten de otras publicaciones seriadas para ello deberaacute

complementar el Formato de Originalidad para su Artiacuteculo

Los autores firman el Formato de Autorizacioacuten para que su Artiacuteculo se difunda por los medios que

ECORFAN-Meacutexico SC en su Holding Bolivia considere pertinentes para divulgacioacuten y difusioacuten de su

Artiacuteculo cediendo sus Derechos de Obra

Declaracioacuten de Autoriacutea

Indicar el Nombre de 1 Autor y 3 Coautores como maacuteximo en la participacioacuten del Articulo y sentildealar en

extenso la Afiliacioacuten Institucional indicando la Dependencia

Identificar el Nombre de 1 Autor y 3 Coautores como maacuteximo con el Nuacutemero de CVU Becario-PNPC

o SNI-CONACYT- Indicando el Nivel de Investigador y su Perfil de Google Scholar para verificar su

nivel de Citacioacuten e iacutendice H

Identificar el Nombre de 1 Autor y 3 Coautores como maacuteximo en los Perfiles de Ciencia y Tecnologiacutea

ampliamente aceptados por la Comunidad Cientiacutefica Internacional ORC ID - Researcher ID Thomson -

arXiv Author ID - PubMed Author ID - Open ID respectivamente

Indicar el contacto para correspondencia al Autor (Correo y Teleacutefono) e indicar al Investigador que

contribuye como primer Autor del Artiacuteculo

Deteccioacuten de Plagio

Todos los Artiacuteculos seraacuten testeados por el software de plagio PLAGSCAN si se detecta un nivel de plagio

Positivo no se mandara a arbitraje y se rescindiraacute de la recepcioacuten del Articulo notificando a los Autores

responsables reivindicando que el plagio acadeacutemico estaacute tipificado como delito en el Coacutedigo Penal

Proceso de Arbitraje

Todos los Artiacuteculos se evaluaraacuten por pares acadeacutemicos por el meacutetodo de Doble Ciego el arbitraje

Aprobatorio es un requisito para que el Consejo Editorial tome una decisioacuten final que seraacute inapelable en

todos los casos MARVIDreg es una Marca de derivada de ECORFANreg especializada en proveer a los

expertos evaluadores todos ellos con grado de Doctorado y distincioacuten de Investigadores Internacionales

en los respectivos Consejos de Ciencia y Tecnologiacutea el homologo de CONACYT para los capiacutetulos de

America-Europa-Asia-Africa y Oceania La identificacioacuten de la autoriacutea deberaacute aparecer uacutenicamente en

una primera paacutegina eliminable con el objeto de asegurar que el proceso de Arbitraje sea anoacutenimo y cubra

las siguientes etapas Identificacioacuten del Research Journal con su tasa de ocupamiento autoral -

Identificacioacuten del Autores y Coautores- Deteccioacuten de Plagio PLAGSCAN - Revisioacuten de Formatos de

Autorizacioacuten y Originalidad-Asignacioacuten al Consejo Editorial- Asignacioacuten del par de Aacuterbitros Expertos-

Notificacioacuten de Dictamen-Declaratoria de Observaciones al Autor-Cotejo de Artiacuteculo Modificado para

Edicioacuten-Publicacioacuten

Instrucciones para Publicacioacuten Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten

Aacuterea del Conocimiento

Los trabajos deberaacuten ser ineacuteditos y referirse a temas de Quiacutemica analiacutetica quiacutemica farmaceacuteutica quiacutemica

fiacutesica quiacutemica inorgaacutenica quiacutemica macromolecular quiacutemica nuclear fiacutesica de fluidos fiacutesica

estadiacutestica fiacutesica molecular fiacutesica teoacuterica y a otros temas vinculados a las Biologiacutea y Quiacutemica

Presentacioacuten del Contenido

Como pimer artiacuteculo presentamos Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de

residuos de planta de jitomate por CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan

Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML con adscripcioacuten en la

Universidad de Guanajuato como segundo artiacuteculo presentamos Estudio de la evolucioacuten de C N Chl

en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico por GUZMAacuteN-

PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y

MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea con adscripcioacuten en el Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

como tercer artiacuteculo presentamos Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire por SORIA-MEJIacuteA Sandra

Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

con adscripcioacuten en el Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo como cuarto artiacuteculo presentamos

Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos

DFT por VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-

CASTRO Sofiacutea con adscripcioacuten en el Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero y el

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca como quinto artiacuteculo presentamos Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en

proceso de beneficio por ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y

GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar con adscripcioacuten en la Universidad Tecnoloacutegica de Parral

como sexto artiacuteculo presentamos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de

queso tipo panela descremado por AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y

ROMO Carlos como uacuteltimo artiacuteculo presentamos Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos

de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en

la alimentacioacuten de ovinos por DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa

GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique con adscripcioacuten en la Universidad de

Guadalajara

Contenido

Artiacuteculo Paacutegina

Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomate

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto

SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato

1-12

Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico

GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE

Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

13-21

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-

MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo

22-30

Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFT VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-

CASTRO Sofiacutea

Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca

31-38

Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-

DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

39-43

Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremado

AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

44-51

Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y

Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten

de ovinos

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA

Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Universidad de Guadalajara

52-61

1

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 1-12

Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomate

Hydrogen production from anaerobic digestion of tomatorsquos plant waste

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Saraidagger MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES

Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato Carretera Irapuato-Silao Km 9 CP 36500 Irapuato Gto Meacutexico

ID 1er Autor Sarai Camarena-Martiacutenez ORC ID 0000-0002-0681-6364 CVU CONACYT ID 495584

ID 1er Coautor Juan Humberto Martiacutenez-Martiacutenez ORC ID 0000-0002-6325-3553 CVU CONACYT ID 335602

ID 2do Coautor Adriana Saldantildea-Robles ORC ID 0000-0001-8871-1621 CVU CONACYT ID 224323

ID 3er Coautor Graciela ML Ruiz-Aguilar ORC ID 0000-0001-9460-1429 CVU CONACYT ID 122467

DOI 1035429JCPE2019196112 Recibido 20 de Abril 2019 Aceptado 30 Junio 2019

Resumen

Entre las alternativas de obtencioacuten de energiacutea limpia que

se estaacuten desarrollando se reconoce el hidroacutegeno (H2)

como un portador de energiacutea prometedor al poseer un alto

rendimiento energeacutetico (122 kJg) y se obtiene a partir de

residuos lignoceluloacutesicos mediante un proceso bioloacutegico

En el estado de Guanajuato se generan altas cantidades de

residuos de planta derivados del cultivo de jitomate al ser

el cultivo que mayormente se produce mediante

agricultura protegida en el estado Por lo que el objetivo

del presente estudio fue el aprovechar residuos de planta

de jitomate para la generacioacuten de hidroacutegeno a traveacutes del

proceso de digestioacuten anaerobia Se evaluaron dos fuentes

de inoacuteculo microflora nativa de la planta de jitomate y

lodo anaerobio pretratado a 100degC por 24 h y cuatro

medios minerales a un pH inicial de 65 plusmn 02 en

experimentos en lote El rendimiento maacutes alto fue de 374

mLH2 g SV usando microflora nativa y medio mineral

con extracto de levadura Se logroacute una produccioacuten de

hidroacutegeno similar a lo reportado en la literatura para otros

residuos destacando en nuestro caso el ser innecesario el

pretratamiento del sustrato o del inoacuteculo Por lo que la

metodologiacutea propuesta resulta eficiente para la produccioacuten

de hidroacutegeno a partir de la planta de jitomate

Hidroacutegeno Digestioacuten anaerobia Planta de jitomate

Abstract

Hydrogen (H2) is recognized as a promising energy carrier

among the alternatives for obtaining clean energy since it

has a high energy efficiency (122 kJ g) and can be

obtained from lignocellulosic waste through a biological

process In the state of Guanajuato high amounts of plant

waste derived from tomato cultivation are generated

because this is the crop mostly produced through protected

agriculture So the objective of the present study was to

consider tomato plant residues for the generation of

hydrogen through the anaerobic digestion process Two

sources of inoculum native microflora of the tomato plant

and anaerobic sludge pretreated at 100 deg C for 24 h and

four mineral media at an initial pH of 65 plusmn 02 in batch

experiments were evaluated The highest yield was 374

mLH2 g SV using native microflora and mineral media

with yeast extract Hydrogen production was found like

those reported in the literature for other type of waste

highlighting the no-need to pretreat the substrate or

inoculum Therefore the methodology propose is efficient

to the hydrogen production from tomato plant residues

Hydrogen Anaerobic digestion Tomato

Citacioacuten CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y

RUIZ-AGUILAR Graciela ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 1-12

Correspondencia del Autor (Correo electroacutenico gracielarugtomx)

dagger Investigador contribuyendo como primer Autor

ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El hidroacutegeno posee un alto contenido de energiacutea

por unidad de peso (122 MJ Kg) y su

combustioacuten no genera emisiones de CO2 lo cual

lo hace una alternativa de produccioacuten de energiacutea

amigable con el medio ambiente (Jain et al

2010) Sin embargo alrededor del 90 del

hidroacutegeno producido se obtiene mediante

procesos electroquiacutemicos y termoquiacutemicos que

requieren altos consumos de energiacutea y de

combustibles foacutesiles (Kapdan y Kargi 2006

Balat y Kirtay 2010) Por ello en los uacuteltimos

antildeos las investigaciones se han enfocado en la

obtencioacuten de hidroacutegeno mediante procesos

bioloacutegicos como la biofotoacutelisis la

fotofermentacioacuten y la fermentacioacuten oscura ya

que se pueden llevar a cabo en condiciones

ambientales y requieren mucho menos consumo

de energiacutea (Guo et al 2010)

La fermentacioacuten oscura es

particularmente atractiva porque no necesita

energiacutea lumiacutenica no tiene problemas de

inhibicioacuten por la presencia de oxiacutegeno requiere

pequentildeos voluacutemenes de reactor y se puede llevar

a cabo con un bajo costo de capital en

comparacioacuten con los procesos de biofotolis y

fotofermentacioacuten (Levin et al 2004 Nath y

Das 2004 Pandey et al 2013)Otra ventaja

muy importante del proceso de fermentacioacuten

oscura es que se pueden aprovechar residuos

agriacutecolas como materia prima para la produccioacuten

de hidroacutegeno

Los residuos agriacutecolas son una fuente

prometedora debido a su abundancia

distribucioacuten en todo el mundo y a su bajo costo

(Guo et al 2010) La utilizacioacuten de bagazo de

cantildea de azuacutecar paja de trigo planta de sorgo

paja de maiacutez entre otros se ha estudiado en los

uacuteltimos antildeos (Li y Chen 2007 Ivanova et al

2009 Fangkum y Reungsang 2011 Peacuterez et al

2015)

Existen otros cultivos que poseen un alto

impacto econoacutemico y en la generacioacuten de

residuos como es el cultivo de jitomate Meacutexico

es el principal proveedor a nivel mundial de

jitomate con una participacioacuten en el mercado

internacional de 251 del valor de las

exportaciones mundiales (SAGARPA 2017)

No obstante desde su cultivo hasta su

procesamiento se generan desechos que carecen

de valor comercial y no tienen una adecuada

disposicioacuten

Hasta el momento la informacioacuten

disponible sobre la produccioacuten de hidroacutegeno a

partir de residuos de planta de jitomate se

encuentra muy limitada y aun no se ha evaluado

la variacioacuten de distintos factores que afectan el

rendimiento de H2 a partir de este sustrato como

el tipo de inoacuteculo y la composicioacuten del medio

Estos son paraacutemetros importantes que afectan la

evolucioacuten de las viacuteas fermentativas (Wang y

Wan 2009 De Gioannis et al 2013) Bajo este

panorama se estudiaron dos fuentes de inoacuteculo

microflora nativa de la planta de jitomate y lodo

anaerobio pretratado a 100 degC por 24 h y cuatro

medios minerales en experimentos en lote para

conocer su efecto en la produccioacuten de hidroacutegeno

Metodologiacutea a desarrollar

La metodologiacutea que se siguioacute se resume en la

Figura 1 Se llevoacute a cabo la recoleccioacuten y

molienda del sustrato y para la evaluacioacuten de la

produccioacuten de hidroacutegeno se consideraron dos

variables el tipo de inoacuteculo y el tipo de medio

mineral El biogaacutes producido se cuantificoacute

mediante cromatografiacutea de gases

Figura 1 Metodologiacutea general para la produccioacuten de H2 a

partir de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Recoleccioacuten de la parte aeacuterea de

la planta de jitomate

Molienda

(Tamiz 20)

Produccioacuten de H2

Evaluacioacuten del tipo

de medio mineral

Evaluacioacuten del tipo

de inoacuteculo

A B C D Lodo

anaerobio

(LA)

Microflora nativa de

la planta de jitomate

(Nat)

Medicioacuten de la cantidad y composicioacuten

del biogaacutes por cromatografiacutea de gases

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Sustratos e inoacuteculo

El sustrato consistioacute en la parte aeacuterea de la planta

y fue recolectado al termino del ciclo de vida en

las instalaciones de la Expo agroalimentaria

ubicados en la ciudad de Irapuato Gto La

variedad de planta de jitomate fue Saladette

Las plantas se secaron bajo sol durante

15 diacuteas hasta llegar a una humedad entre 6 y

10 La planta seca se molioacute en un molino

agriacutecola de martillos y se dejoacute almacenada a

temperatura ambiente hasta su uso

Posteriormente para los anaacutelisis de

caracterizacioacuten y de produccioacuten de biogaacutes se

utilizoacute un molino marca SURTEK y un tamiz

para conseguir un tamantildeo de partiacutecula de

aproximadamente 085 mm

El inoacuteculo empleado consistioacute en lodo

anaerobio que fue recolectado de un biodigestor

tipo bolsa de geomembra de 1000 L el cual se

alimenta con estieacutercol vacuno y es operado a

temperatura ambiente El biodigestor se

encuentra ubicado en las instalaciones de la

Divisioacuten Ciencias de la Vida El inoacuteculo

recolectado se desgasificoacute a temperatura

ambiente (197 plusmn 70 degC) por un periodo de 10

diacuteas Posteriormente este lodo se pretrato a 100

degC por un periodo de 24 h para emplearlo como

inoacuteculo LA en los experimentos de produccioacuten

de hidroacutegeno

Meacutetodos analiacuteticos

Para la caracterizacioacuten del sustrato se

realizaron los siguientes anaacutelisis soacutelidos totales

y soacutelidos volaacutetiles carbono orgaacutenico

carbohidratos estructurales (celulosa

hemicelulosa y lignina) nitroacutegeno total

Kjeldahl demanda quiacutemica de oxiacutegeno y pH

Ademaacutes se determinoacute el contenido de ST y SV

del inoacuteculo

El contenido de carbono orgaacutenico se

realizoacute por el meacutetodo de ignicioacuten de acuerdo con

Dean 1974 la determinacioacuten de carbohidratos

estructurales se hizo mediante la metodologiacutea de

van Soest et al 1973 y el pH por medio del

meacutetodo reportado por Kang et al 2014 El

contenido de nitroacutegeno total Kjeldahl DQO

mediante el meacutetodo de reflujo cerrado y

contenido de soacutelidos totales y soacutelidos volaacutetiles se

realizoacute seguacuten los meacutetodos estaacutendares (APHA

2005)

Produccioacuten de H2

Se evaluaron dos fuentes de inoacuteculo microflora

nativa de la planta de jitomate (Inoacuteculo Nat) y

lodo anaerobio pretratado a 100 degC por 24 h

(Inoacuteculo LA) y cuatro medios minerales (A B

C y D) cuya composicioacuten se indica en la Tabla

1 El medio mineral D corresponde al medio

mineral reportado por Lara et al 2014 y los

medios minerales A B y C presentan una

modificacioacuten con respecto al medio mineral D

ya sea en la cantidad antildeadida de fosfatos yo en

la adicioacuten de extracto de levadura

El medio mineral usualmente posee

capacidad tampoacuten (Angelidaki et al 2004

Angelidaki et al 2009) y esta puede estar dada

por el buffer de fosfatos el cual es el maacutes

empleado en los experimentos de produccioacuten de

H2 por digestioacuten anaerobia (Lin y Lay 2004 Lin

et al 2011) Con la finalidad de aminorar costos

y evitar una saturacioacuten de fosfatos en el medio

(Cubillos et al 2010 Zhao et al 2010 Liu et

al 2015 Xu et al 2016) se optoacute por utilizar la

propuesta de Lara et al 2014 (0075M medio

mineral D) y otras dos concentraciones 002M

(medio mineral B y C) y 01M (medio mineral

A)

Por otro lado se recomienda la adicioacuten

de vitaminas al medio mineral especialmente

cuando se manejan residuos agriacutecolas para evitar

inhibicioacuten por sustrato de la digestioacuten

(Angelidaki et al 2004 Lindorfer et al 2007

Angelidaki et al 2009)

El extracto de levadura posee vitaminas

del complejo B y ademaacutes constituye una fuente

de nitroacutegeno por lo que es muy usado en los

medios minerales en conjunto con otras fuentes

de nitroacutegeno (Fan et al 2006 Ivanova et al

2009 Li y Chen 2007 Li et al 2012)

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Medio

mineral Composicioacuten de medio mineral por litro

A

KH2PO4 46 g K2HPO4 100 g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

B

KH2PO4 20 g K2HPO4 092 g Extracto de

levadura 15 gL MgCl2middot6H2O 01g CaCl2

002 g MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O

0025g CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O

0125mg

C

KH2PO4 20 g K2HPO4 092 g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

D

KH2PO4 48g K2HPO4 698g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

Tabla 1 Tipos de medio mineral evaluados para la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de residuos de planta de

jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Los experimentos se llevaron a cabo en un

reacutegimen en lote a un pH inicial de 65 plusmn 02 Se

adiciono 159 plusmn 002 g de planta de jitomate seca

y molida por cada 100 mL de mezcla

(equivalente a 106 g SV sustratoL) El volumen de

trabajo fue de 80 mL manejando y un ldquoespacio

de cabezardquo de 40 mL Los reactores se incubaron

a 37degC durante un periodo de 15 diacuteas en

condiciones estaacuteticas Para los tratamientos en

los que se empleoacute Inoacuteculo LA se antildeadioacute la

cantidad 124 plusmn 002 g de inoacuteculo pretratatado y

molido por cada 100 mL de mezcla (equivalente

a 625 g SV inoacuteculoL) Cada tratamiento se realizoacute

por duplicado

El control negativo consistioacute en inoacuteculo

LA pretratado a 100 degC por 24 h sin antildeadir

sustrato y se agregoacute el medio mineral Lara et al

2014 para completar a un volumen de 80 mL

El anaacutelisis de cromatografiacutea de gases para

la deteccioacuten de H2 O2 N2 y CH4 se realizoacute

tomando 30 μL del gas presente en el ldquoespacio

de cabezardquo de cada botella Este se analizoacute en un

cromatoacutegrafo PerkinElmer reg modelo Clarus

580 con una columna capilar Elite CG GS-

MOSIEVE 52 (30m x 053 mm x 50 μm) y un

detector tipo TCD Las temperaturas del

inyector horno y detector fueron 150 50 y 200

degC respectivamente Se utilizoacute argoacuten como fase

moacutevil a una presioacuten de 14 psi

Para analizar las diferencias significativas

entre cada uno de los tratamientos se manejoacute un

disentildeo factorial 2x4 y el meacutetodo de Tukey con

un valor alfa de 5 mediante el software de

Statgraphics Centurion XVI

Resultados

Caracterizacioacuten fisicoquiacutemica

Los resultados de la caracterizacioacuten

fisicoquiacutemica de la parte aacuterea de la planta de

jitomate se muestran en la Tabla 3 En cuanto a

la determinacioacuten del contenido de ST y SV del

lodo anaerobio fresco sin pretratar se obtuvo

1350 plusmn 074 en base huacutemeda y 5068 plusmn 370

en base seca respectivamente Posteriormente

este lodo se pretratoacute a 100 degC por un periodo de

24 h para emplearlo como inoacuteculo LA en los

tratamientos T1 T3 T5 y T7 (Tabla 2)

Rendimiento de H2 y contenido de H2 en el

biogas

Solo en tres tratamientos se detectoacute produccioacuten

de H2 en el biogaacutes (T4 T7 y T8) En el

tratamiento T4 se obtuvo el mayor rendimiento

de 374 mL H2 g SV (Tabla 4)

La produccioacuten de H2 en el tratamiento T4

se detectoacute a partir de la medicioacuten realizada a las

63 horas Para los tratamientos T7 y T8 se

detectoacute hasta la medicioacuten realizada a las 135

horas Esto indica que los microorganismos

tardan maacutes tiempo en adaptarse en las

condiciones manejadas en los tratamientos T7 y

T8 comparado con las establecidas en T4 En el

caso de los tratamientos T4 y T7 no se observa

produccioacuten de hidroacutegeno a las 327 h en cambio

en el tratamiento T8 la produccioacuten continua

incluso despueacutes de haber transcurridos 15 diacuteas

(Grafico 1)

En el tratamiento T4 durante las

primeras 135 horas de incubacioacuten se obtuvo una

concentracioacuten de hidroacutegeno arriba del 60 y a

partir de la medicioacuten realizada a las 183 h se

observoacute una disminucioacuten significativa de la

concentracioacuten Para el tratamiento T7 el pico

maacutes alto de concentracioacuten se detectoacute a las 135 h

y a partir de la siguiente medicioacuten se observoacute una

disminucioacuten gradual de la concentracioacuten de

hidroacutegeno (Grafico 2)

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Clave Medio mineral Inoacuteculo

T1 A LA

T2 A Nat

T3 B LA

T4 B Nat

T5 C LA

T6 C Nat

T7 D LA

Tabla 2 Tratamientos para evaluar la produccioacuten de H2 en

experimentos en lote a partir de residuos de planta de

jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Paraacutemetros Planta de jitomate

CN 1986 plusmn 067

ST ()1 9074 plusmn 014

SV ()2 7359 plusmn 014

Celulosa ()2 2857 plusmn 140

Hemicelulosa ()2 842 plusmn 108

Lignina ()2 749 plusmn 113

Azuacutecares reductores2 170 plusmn 018

DQO ( mg g SV) 78796 plusmn 2697

pH 660 plusmn 006 1 Porcentaje base huacutemeda 2 Porcentaje base seca

Tabla 3 Caracterizacioacuten fisicoquiacutemica de la planta

recolectada de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Clave Medio

mineral Inoacuteculo

Rendimiento

Biogaacutes (mL g

SV)

Rendimiento

H2 (mL g

SV)

T1 A LA 255 plusmn 42 00

T2 A Nat 336 plusmn 11 00

T3 B LA 749 plusmn15 00

T4 B Nat 578 plusmn 48 374 plusmn 48

T5 C LA 276 plusmn 30 00

T6 C Nat 60 plusmn 04 00

T7 D LA 286 plusmn 27 50 plusmn 20

T8 D Nat 252 plusmn 71 93 plusmn 75

Tabla 4 Rendimientos de produccioacuten de biogaacutes e

hidroacutegeno obtenido en cada tratamiento para la produccioacuten

de H2 en experimentos en lote a partir de residuos de planta

de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

En el caso del tratamiento T8 el

contenido de H2 fue incrementando

gradualmente durante el periodo de 15 diacuteas El

contenido de hidroacutegeno en el biogaacutes total

producido fue del 65 18 y 37 en los

tratamientos T4 T7 y T8 respectivamente De

manera que en el tratamiento T4 se obtuvo la

maacutes alta concentracioacuten de hidroacutegeno en el biogaacutes

pero la produccioacuten maacutes duradera se observoacute en

el tratamiento T8 (Grafico 2) Alemahdi et al

2015 evaluaron la produccioacuten de H2 usando

como sustrato paja de arroz en codigestioacuten con

lodos activados de aguas residuales

Ellos obtuvieron una concentracioacuten de

hidroacutegeno en el biogaacutes de 695 el cual es un

valor cercano a lo obtenido en el tratamiento T4

Dhanasekar et al 2018 reportaron un contenido

de H2 en el biogaacutes del 18 a partir de tallo de

sorgo y usando la cepa Bacillus subtilis

AUChE413 para llevar a cabo la fermentacioacuten

Este porcentaje es igual al obtenido en el

tratamiento T7 de nuestro estudio Otros autores

mencionan rangos de concentracioacuten de H2 entre

el 44 y 57 a partir de residuos de tallo de maiacutez

(Zhang et al 2007 Fan et al 2008) Por lo cual

nuestros resultados obtenidos son similares a lo

reportado en la literatura y en base a esto el

porcentaje de H2 en el biogaacutes obtenido en el

tratamiento T4 puede ser considerado de una alta

concentracioacuten

Efecto del tipo de inoacuteculo sobre la produccioacuten

de hidroacutegeno

El tipo de inoacuteculo tuvo efecto significativo sobre

la produccioacuten de hidroacutegeno (P lt 005) siendo el

inoacuteculo Nat el que mostroacute un mayor rendimiento

(ver Anexo Tabla 1 y Tabla 2)

Estos resultados difieren con lo reportado

por Peacuterez 2015 los cuales evaluaron cuatro

consorcios microbianos como inoacuteculo para la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de paja de trigo

Los consorcios se obtuvieron a partir de

muestras de suelo de jardiacuten rumen de vaca lodo

anaerobio y la microflora nativa de la paja de

trigo Se reportoacute que el maacutes alto rendimiento se

obtuvo de los reactores inoculados con lodo

anaerobio seguido de la flora nativa de la paja de

trigo No obstante en este estudio el lodo

anaerobio no recibioacute ninguacuten tipo de

pretratamiento

El menor rendimiento de produccioacuten de

H2 a partir de lodos anaerobios (Inoculo LA)

comparado con el obtenido a partir de la

microflora nativa de la planta de jitomate

(Inoacuteculo Nat) pudo ser causado por el

pretratamiento teacutermico aplicado al Inoacuteculo LA

que provoco una disminucioacuten en la diversidad

microbiana

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Grafico 1 Cineacuteticas de produccioacuten de hidroacutegeno

acumulado en los tratamientos T4 T7 y T8 durante 15 diacuteas

de incubacioacuten

Fuente Elaboracioacuten Propia

Grafico 2 Contenido de hidroacutegeno () en los tratamientos

T4 T7 y T8 durante 15 diacuteas de incubacioacuten

Fuente Elaboracioacuten Propia

En la literatura se mencionan diferentes

condiciones de pretratamiento teacutermico con la

finalidad de eliminar cepas consumidoras de

hidroacutegeno las cuales no forman endoesporas y

por ello no logran sobrevivir a altas temperaturas

por tiempos prolongados (Fang et al 2002 Liu

et al 2002 Duangmanee et al 2007 Kanso et

al 2011)

Sin embargo estos tratamientos teacutermicos

pueden llegar a ser poco tolerantes para la mayor

parte de los microorganismos presentes en los

lodos anaerobios lo que trae como consecuencia

una disminucioacuten alta de la diversidad microbiana

(Navarro et al 2016) Esto implica que las viacuteas

metaboacutelicas disponibles son menos diversas lo

que dificulta la degradacioacuten del sustrato (Tracy

et al 2014 Vanwonterghem et al 2014a)

Asimismo un consorcio productor de hidroacutegeno

con menos especies podriacutea disminuir la

estabilidad ante perturbaciones o invasiones

ambientales (Shade et al 2012

Vanwonterghem et al 2014b)

La aplicacioacuten de pretratamiento teacutermicos

a maacutes bajas temperaturas (80-90 degC) puede ser

recomendable para incrementar la concentracioacuten

de cepas productoras de hidroacutegeno sin alterar

significativamente las interacciones sintroacuteficas

entre cada grupo microbiano que conforma el

inoacuteculo

Efecto de la composicioacuten del medio mineral

sobre la produccioacuten de hidroacutegeno

De acuerdo con el ANOVA realizado la

composicioacuten del medio mineral tuvo un efecto

significativo en el rendimiento de H2 (P lt 005)

(ver Anexo Tabla 6 y Tabla 8)

No se detectoacute produccioacuten de hidroacutegeno al

emplear el medio mineral A Esto pudo deberse

a la alta concentracioacuten de fosfatos que afecto la

actividad metaboacutelica de la microflora del

Inoacuteculo LA y del inoacuteculo Nat ya que este medio

se preparoacute con la mayor concentracioacuten de

fosfatos (01 M) El fosfato es un nutriente

inorgaacutenico importante para el crecimiento

microbiano Las principales funciones del

fosforo es la generacioacuten de energiacutea en forma de

trifosfato de adenosina (ATP) y la regulacioacuten de

la capacidad amortiguadora del sistema celular

(Lin y Lay 2004)

Un aumento en la concentracioacuten de

fosfato resulta en un aumento de la capacidad de

las bacterias para producir hidroacutegeno Sin

embargo concentraciones demasiado altas de

fosfato podriacutean causar inhibicioacuten por el aumento

de la produccioacuten de aacutecidos grasos volaacutetiles lo

cual no es deseable ya que esto desviacutea los

reductores celulares de la produccioacuten de

hidroacutegeno (Lay et al 2005 Bisaillon et al

2006 Chandrasekhar et al 2015) No obstante

en la medicioacuten de pH despueacutes de 15 diacuteas de

incubacioacuten no se detectoacute una disminucioacuten

significativa del mismo para estos tratamientos

Seguacuten algunos protocolos establecidos

para llevar a cabo pruebas de digestioacuten anaerobia

a escala laboratorio se recomienda antildeadir una

mezcla de vitaminas del complejo B (biotina

aacutecido foacutelico riboflavina aacutecido pantotenico

entre otros) en la preparacioacuten del medio mineral

para evitar la inhibicioacuten del crecimiento de los

microrganismos por la ausencia de estos

nutrientes en sustratos no convencionales

(Madigan et al 2000 Angelidaki et al 2004

Angelidaki et al 2009)

00

100

200

300

400

0 100 200 300 400

Ren

dim

iento

de

H2

(mL

H2

g S

V s

ust

rato

)

Tiempo (h)

T4

T7

T8

0

01

02

03

04

05

06

07

0 100 200 300 400

Co

nte

nid

o d

e H

2(

)

Tiempo (h)

T4

T7

T8

7

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Junio 2019 Vol6 No19 1-12

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CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela

ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

El extracto de levadura es un extracto

soluble en agua formado por el autolisado de

ceacutelulas de levaduras y es un producto rico en

vitaminas especialmente del complejo B

aminoaacutecidos y otros factores de crecimiento En

el tratamiento T4 se empleoacute inoacuteculo Nat en

medio mineral B el cual contiene extracto de

levadura (15 gL) y se observoacute una produccioacuten

de hidroacutegeno maacutes temprana con respecto al

tratamiento T8 en el cual se usoacute inoacuteculo Nat en

medio mineral D que no contiene extracto de

levadura Esto indica que en nuestros

experimentos el extracto de levadura juega un

papel importante en la adaptacioacuten del inoacuteculo

Nat a las condiciones establecidas

Por otro lado el extracto de levadura

constituye una fuente orgaacutenica de nitroacutegeno al

igual que la peptona Li y Chen 2007 evaluaron

la produccioacuten de biohidroacutegeno a partir de paja de

maiacutez mediante Clostridium butytiricum AS1209

usando tres diferentes fuentes de nitroacutegeno

NH4HCO3 urea y extracto de levadura en el

medio mineral En su estudio los rendimientos

de hidroacutegeno al usar fuentes de nitroacutegeno

orgaacutenico (urea y extracto de levadura) fueron

mucho maacutes altos que al emplear una fuente de

nitroacutegeno inorgaacutenico (NH4HCO3) Esto tambieacuten

fue reportado por Ueno et al 2001 y Ferchichi

et al 2005

Kalil et al 2009 reportaron que la

adicioacuten de fuentes de nitroacutegeno orgaacutenicas mejora

el crecimiento celular con respecto a fuentes de

nitroacutegeno inorgaacutenico usando Clostridium

acetobutylicum como inoacuteculo y Zhang et al

2014 mencionan que el incremento gradual de

extracto de levadura disminuye el tiempo de la

fase de latencia empleando lodo activado como

inoacuteculo

Por lo que la adicioacuten de extracto de

levadura promueve una mejor adaptacioacuten de los

microorganismos para consumir el sustrato lo

que conlleva a una mayor produccioacuten de

hidroacutegeno o la obtencioacuten de biogaacutes con una

mayor concentracioacuten de hidroacutegeno (Kalil et

al2009 Alvarado-Cuevas et al 2013 Zhang et

al 2014)

Sustra

to

Pretratamie

nto de

sustrato

Inoacuteculo Pretratamie

nto de

inoacuteculo

Rendimie

nto

(mL H2 g

SV)

Referenc

ia

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Lodo

anaerobio

Sin

pretratamien

to

106 mL Peacuterez et

al 2015

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Microflora

nativa

Sin

pretratamien

to

70

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Composta

de estieacutercol

vacuno

Teacutermico 10 Fan et

al 2006

Paja de

trigo

HCl +

Calentamiento de

microondas

Composta

de estieacutercol vacuno

Teacutermico 680

Paja de

trigo

Enzimaacutetico

epa

Trichoderm

a

Lodo

anaerobio

Teacutermico

90degC 10

min

155 Queacutemeacutene

ur et al

2012

Pasto Ensilado

fermentacioacute

n con aacutecido

laacutectico pH lt40

Microflora

nativa

Ensilado 378plusmn58m

L H2 g

ensilado

Li et al

2012

Ensilad

o de

pasto

Quiacutemico

4 NaOH

24 h 20degC

Lodo

anaerobio

Teacutermico

hervido 30

min

65 Pakarine

n et al

2009

Paja de

maiacutez

Sin

pretratamien

to

C

butyricum

AS1209

Sin

pretratamien

to

90 Li y

Chen

2007

Paja de

maiacutez

15 MPa 10

min

C

butyricum

AS1209

Sin

pretratamien

to

680

Planta

de

sorgo

130degC 30

min

C

saccharolyti

cus (DSM8903)

Sin

pretratamien

to

324 Ivanova

et al

2009

Planta

de

jitomat

e

Sin

pretratamien

to

Microflora

nativa

Sin

pretratamien

to

374 (T4) y

93 (T8)

Este

estudio

Planta

de

jitomat

e

Sin

pretratamien

to

Lodo

anaerobio

Teacutermico

100degC 24 h 50 (T7)

Tabla 5 Rendimiento de produccioacuten de hidroacutegeno a partir

de residuos lignocelulosicos

Fuente Elaboracioacuten Propia

En nuestro estudio se obtuvo un mayor

rendimiento al emplear inoacuteculo Nat en medio

mineral B suplementado con extracto de

levadura (T4) que al usar medio mineral C (T6)

o medio mineral D (T8) tratamientos en los

cuales se adicionoacute una fuente de nitroacutegeno

inorgaacutenica (NH4Cl)

No obstante el inoacuteculo LA mostroacute un

comportamiento diferente con respecto al

inoacuteculo Nat ya que eacuteste no tuvo una mejora en

la produccioacuten de hidroacutegeno al adicionar extracto

de levadura El uacutenico medio mineral con el cual

se obtuvo produccioacuten de hidroacutegeno a partir de

este consorcio bacteriano fue el medio mineral

D

8

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de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Comparacioacuten de rendimientos de produccioacuten

de hidroacutegeno con respecto a otros estudios

El rendimiento obtenido en los tratamientos T4

T7 y T8 fue similar con respecto a lo reportado

por otros autores los cuales indican un

rendimiento de 10 a 680 mLg SV a partir de

residuos lignoceluloacutesicos como paja de maiacutez

paja de trigo planta de sorgo y ensilado de pasto

(Li y Chen 2007 Ivanova et al 2009 Pakarinen

et al 2009 Li et al 2012 Queacutemeacuteneur et al

2012 Peacuterez et al 2015) Con respecto al estudio

realizado por Peacuterez et al 2015 en el que se usoacute

como inoacuteculo microflora nativa procedente del

sustrato nuestro rendimiento obtenido en el

tratamiento T4 fue superior

En cambio en los estudios en los que se

llevoacute a cabo un pretratamiento teacutermico o

quiacutemico del sustrato con o sin pretratamiento del

inoacuteculo (Fan et al 2006 Li y Chen 2007) el

rendimiento que se obtuvo en nuestro estudio a

partir de planta de jitomate es inferior Para los

estudios en los cuales se llevoacute a cabo un

pretratamiento bioloacutegico del sustrato ya sea

ensilado o enzimaacutetico (Li et al 2012

Queacutemeacuteneur et al 2012) el rendimiento

conseguido en dichas investigaciones fue similar

al nuestro (Tabla 4 y 5)

Es importante resaltar que el maacutes alto

rendimiento obtenido en nuestro estudio (374

mL H2g SV) se dio en el tratamiento en que se

empleoacute microflora nativa (T4) es decir no fue

necesario antildeadir un inoacuteculo externo Ademaacutes no

se llevoacute a cabo ninguacuten tipo de pretratamiento

teacutermico bioloacutegico o quiacutemico del sustrato

Fuente Suma de

Cuadrados Gl

Cuadrado

Medio

Razoacuten-

F

Valor-

P

Efectos Principales

AInoacuteculo 464403 1 464403 4464 00002

BMedio Mineral 956527 3 318842 3065 00001

Interacciones

Ab 992527 3 330842 3180 00001

Residuos 8322 8 104025

Total (Corregido) 249668 15

Tabla 6 Anaacutelisis de Varianza para evaluar el efecto del

tipo de ldquoInoacuteculordquo y ldquoMedio mineralrdquo para la produccioacuten

de H2 (mL H2 g SV) a partir de la digestioacuten anaerobia de

residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Anexos

Meacutetodo 950 porcentaje Tukey HSD

Inoacuteculo Casos Media

LS

Sigma

LS

Grupos

Homogeacuteneos

LA 8 12 114031 X

Nat 8 11975 114031 X

Contraste Sig Diferencia +- Liacutemites

LA - Nat -10775 371878

indica una diferencia significativa

Tabla 7 Pruebas de Muacuteltiple Rangos para la Produccioacuten

de H2 (mL H2g SV) por factor ldquoInoacuteculordquo a partir de la

digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Meacutetodo 950 porcentaje Tukey HSD

Medio

mineral

Casos Media

LS

Sigma

LS

Grupos

Homogeacuteneos

C 4 0 161265 X

A 4 0 161265 X

D 4 745 161265 X

B 4 189 161265 X

Contraste Sig Diferencia +- Liacutemites

A - B -189 730076

A - C 0 730076

A - D -745 730076

B - C 189 730076

B - D 1145 730076

C - D -745 730076

indica una diferencia significativa

Tabla 8 Pruebas de Muacuteltiple Rangos para la Produccioacuten

de H2 (mL H2g SV) por factor ldquoMedio mineralrdquo a partir

de la digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Agradecimiento

SCM agradece al Consejo Nacional de Ciencia y

Tecnologiacutea (CONACYT) por su apoyo a traveacutes

de la beca no 442714 para realizar sus estudios

de doctorado

Conclusiones

El tipo de inoacuteculo y la composicioacuten del medio

mineral tuvieron efecto significativo sobre la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de la

fermentacioacuten anaerobia de residuos de planta

jitomate El inoacuteculo procedente de la microflora

nativa de la planta de jitomate (Inoacuteculo Nat)

presenta un mejor comportamiento en la

produccioacuten de H2 con respecto al inoacuteculo

presente en el lodo anaerobio pretratado (Inoacuteculo

LA)

9

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La adicioacuten de extracto de levadura

mejoroacute la adaptacioacuten de los microorganismos

que conforman el Inoacuteculo Nat lo cual se vio

reflejado en una mayor produccioacuten a un menor

tiempo de incubacioacuten Por otro lado a una

concentracioacuten de buffer fosfatos de 0075 M se

observoacute produccioacuten de hidroacutegeno pero al

incrementar el valor a 01 M se presentoacute una

inhibicioacuten de la produccioacuten Por tanto el maacutes

alto rendimiento obtenido fue de 374 mL H2g

SV al emplear Inoacuteculo Nat y medio mineral con

extracto de levadura a una concentracioacuten de

buffer fosfatos de 002 M (Medio mineral B)

Para posteriores trabajos se recomienda realizar

un proceso de optimizacioacuten de la concentracioacuten

de extracto de levadura y del buffer fosfatos en

la produccioacuten de hidroacutegeno empleando

microflora nativa de la planta de jitomate En

nuestro estudio no se llevoacute a cabo ninguacuten

pretratamiento teacutermico bioloacutegico o quiacutemico al

sustrato para lograr rendimientos similares o

superiores a lo reportado en la literatura para

otros tipos de residuos lignoceluloacutesicos

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13

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Junio 2019 Vol6 No19 13-21

Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la

irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico

Study of the evolution of C N Chl in green microalgae considering solar irradiation

through a dynamic model

GUZMAacuteN-PALOMINO Abrahamdagger AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro

Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero Tecnoloacutegico Nacional de Meacutexico

ID 1er Autor Abraham Guzmaacuten-Palomino ORC ID 0000-0001-6333-978X CVU CONACYT ID 415369

ID 1er Coautor Luciano Aguilera-Vaacutezquez ORC ID 0000-0001-8095-6528 CVU CONACYT ID 123018

ID 2do Coautor Pedro Martin Garciacutea-Vite ORC ID 0000-0002-4185-5879 CVU CONACYT ID 227310

ID 3er Coautor Ana Mariacutea Mendoza-Martiacutenez ORC ID 0000-0003-2592-9230 CVU CONACYT ID 8374

DOI 1035429JCPE20191961321 Recibido 11 de Abril 2019 Aceptado 30 de Junio 2019

Resumen

Aumentar el aprovechamiento de la irradiacioacuten solar por el

metabolismo fotosinteacutetico de microalgas verdes es necesario

para explotar su potencial como fuente de liacutepidos

carbohidratos pigmentos o compuestos aromaacuteticos como

fuente de biocombustibles o productos de intereacutes Las

microalgas expuestas a la luz solar se adaptan sintetizando

una mayor cantidad de pigmento para disipar la energiacutea

lumiacutenica incidente a su vez la sobresaturacioacuten de los

fotosistemas celulares pero reducen la eficiencia del uso de

la luz La fotoaclimatacioacuten se describe por el contenido en

masa de clorofila en relacioacuten al contenido de carbono en la

biomasa (g Chlg C) En un fotobiorreactor al aire libre la

irradiancia depende de la geografiacutea la eacutepoca del antildeo y de las

condiciones atmosfeacutericas En la presente propuesta se

establece el estudio de la generacioacuten de biomasa de

microalgas como una funcioacuten dinaacutemica de la irradiancia y los

nutrientes a partir de estequiometriacutea variable representada

como CNChl y la asimilacioacuten primaria de los nutrientes

como nitrato (N) y amonio (A) en GC Los resultados de

investigacioacuten muestran una evolucioacuten de GC NC ChlC y

la biomasa como C (carbono) en diferentes escenarios de

parametrizacioacuten mostrando resultados consistentes

Microalgas Biomasa Modelado

Abstract

Increasing the use of solar irradiation by the photosynthetic

metabolism of green microalgae is necessary to exploit its

potential as a source of lipids carbohydrates pigments or

aromatic compounds as a source of biofuels or products of

interest Microalgae exposed to sunlight are able to adapt by

synthesizing a greater amount of pigment to dissipate the

incident light energy controlling the supersaturation of

cellular photosystems but reducing the efficiency of the use

of light The photoacclimation is described by the content of

chlorophyll mass in relation to the carbon content in the

biomass (g Chl g C) In an outdoor photobioreactor

irradiance depends upon geographical location time of year

and atmospheric conditions In the present proposal the

generation of biomass is established as a dynamic function of

the nutrients represented as C NChl and the primary

assimilation of nutrients as Nitrate (N) and Ammonium (A)

The results of this research show an evolution of G C N C

Chl C and biomass as C (carbon) in different scenarios of

parameterization showing consistent results

Microalgae Biomass Modelling

Citacioacuten GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y

MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 13-21

Correspondencia del Autor (Correo electroacutenico lucianoaguileraitcmedumx)

dagger Investigador contribuyendo como primer autor

ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

Actualmente existe una preocupacioacuten derivada

del raacutepido crecimiento de la poblacioacuten mundial

y a que los avances en la tecnologiacutea han

incrementado la demanda energeacutetica la cual se

proyecta a incrementar en un 50 o maacutes para el

antildeo 2030 (Enamala et al 2018 Raheem

Prinsen Vuppaladadiyam Zhao amp Luque

2018 Shuba amp Kifle 2018)

Las reservas de petroacuteleo no pueden

compensar la tasa de consumo actual ya que es

105 veces maacutes raacutepida de lo que la naturaleza

puede proveer Adicionalmente el uso de los

combustibles foacutesiles produce emisiones de gases

de efecto invernadero y la subsecuente

acumulacioacuten de CO2 en la atmosfera lo que

produce el calentamiento global Encontrar

nuevas fuentes energeacuteticas que sean tecnoloacutegica

y econoacutemicamente viables es sumamente

importante hoy en diacutea (Enamala et al 2018

Finkel et al 2010 Raslavičius Striūgas amp

Felneris 2018 Shuba amp Kifle 2018)

Una alternativa es el uso de organismos

fotosinteacuteticos capaces de aprovechar la luz solar

para producir compuestos orgaacutenicos Entre

estos destacan las microalgas que se han

estudiado como fuente de biomasa viable para

producir biocombustibles alimentos

medicamentos entre otros productos de intereacutes

comercial (Garciacutea Vizcaiacuteno 2018 Gupta Lee

amp Choi 2015 Kenny amp Flynn 2014 2017)

Ademaacutes a traveacutes de la fotosiacutentesis las

microalgas reducen las emisiones de dioacutexido de

carbono en la atmosfera (Rizwan Mujtaba

Memon Lee amp Rashid 2018)

La luz es el factor maacutes importante

afectando la cineacutetica de la fotosiacutentesis algal En

general la mayoriacutea de los sistemas de cultivo en

masa de las microalgas estaacuten limitados por la luz

porque esta es faacutecilmente absorbida y dispersada

por las ceacutelulas de las algas (Jeon Cho amp Yun

2005 Lehmuskero Chauton amp Bostroumlm 2018

Url amp Geider 2012)

Sin embargo comprender el

comportamiento metaboacutelico de las microalgas

para producir biomasa es principalmente

importante Es por ello por lo que a continuacioacuten

se describe maacutes acerca de dicho tema La

composicioacuten quiacutemica de las ceacutelulas de las algas

variacutea con la disponibilidad de nutrientes

(Davidson 1996)

Se ha simulado el metabolismo de

diferentes tipos de fitoplancton para relacionar la

asimilacioacuten de nutrientes con la composicioacuten

quiacutemica celular Es importante utilizar modelos

realistas que reflejen el estatus de los nutrientes

apropiadamente (K Flynn amp Butler 2007

Kevin J Flynn 2001a 2001b Kevin J Flynn

2013 Lopez Ponte 2019) Este tipo de modelos

desarrollados para muacuteltiples grupos de

fitoplancton tiene utilidad potencial en su

aplicacioacuten para dilucidar informacioacuten propia del

metabolismo intracelular que tiene lugar en los

diferentes sistemas de produccioacuten de biomasa

derivada de microalgas (Kevin J Flynn 2001a)

Tradicionalmente los modelos

matemaacuteticos para el crecimiento de algas

emplean las ecuaciones de Monod o los modelos

de cocientes de Caperon y Droop (Caperon

1967) En tales modelos la mayoriacutea de los

detalles bioloacutegicos son combinados en

ecuaciones singulares Aunque tienen la ventaja

de la simplicidad pero la desventaja de que no

pueden manipular interacciones multinutritivas

por lo que pueden llegar a tener poca

aproximacioacuten a la realidad Una estrategia

alternativa es formular modelos con

componentes mecanicistas que imiten mucho

maacutes de cerca las interacciones fisioloacutegicas de las

algas(Kevin J Flynn 2001a Garciacutea-Camacho

Saacutenchez-Miroacuten Molina-Grima Camacho-

Rubio amp Merchuck 2012)

El modelo que se seleccione debe reflejar

el del sistema objetivo en una amplia gama de

factores externos y por lo tanto ser de uso maacutes

general Previamente se han descrito modelos

mecanicistas individuales para varios aspectos

de fisiologiacutea de nutrientes en el fitoplancton

como aquellos que describen la interaccioacuten el

amonio y nitrato seguidos por descripciones de

la aclimatacioacuten a la luz y liberacioacuten de nitritos y

nutricioacuten de fosfato Los modelos mecanicistas

anteriormente mencionados pueden ser

modificados para contemplar casos que

correspondan a especies y condiciones de luz

particulares Los requerimientos de un escenario

en particular dictan el nivel de detalle necesario

en el modelo de microalgas a establecer Las

caracteriacutesticas comunes incluyen el uso

generalizado de los procesos de

retroalimentacioacuten que emplean funciones

hiperboacutelicas y sigmoidales rectangulares

normalizadas a los tamantildeos maacuteximos de las

reservas de nutrientes que regulan el transporte

de los nutrientes intracelulares (K J Flynn 1997

Kevin J Flynn 2013)

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la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

El objetivo de este trabajo es estudiar la

evolucioacuten dinaacutemica de los cocientes de

Glutamina- Carbono (GC) Nitroacutegeno-Carbono

(NC) Clorofila-Carbono (ChlC) y el

crecimiento de biomasa (C) en microalgas

verdes a traveacutes de un modelo mecanicista que

responda a cambios de la irradiancia (DFF) y

disponibilidad de nutrientes como Amonio (A) y

Nitroacutegeno (N) utilizando herramientas de

modelado matemaacutetico para simular fenoacutemenos

como la fotoaclimatacioacuten e interacciones

multinutriente en dichos organismos El presente

modelo contiene paraacutemetros que pueden

estimarse a partir de experimentos o anaacutelisis de

datos existentes que pueden utilizarse para

reproducir escenarios particulares de simulacioacuten

que precisen significativamente el

comportamiento de algas especiacuteficos

El esquema del modelo dado en la Figura

1 contiene cuatro variables de estado

describiendo la biomasa (C) los cocientes-C de

glutamina (GC) nitroacutegeno (NC) y clorofila

(ChlC) Debido a que todos los cocientes de

nutrientes variacutean no solo con la entrada y salida

de nutriente si no tambieacuten con los cambios en la

cantidad de C (debido a la respiracioacuten y la

fotosiacutentesis) todas las ecuaciones diferenciales

para los cocientes de nutriente en relacioacuten al C

incluyen el termino de velocidad especifica de

crecimiento de Carbono Cmicro (Kevin J Flynn

2001a) Por lo tanto para los nutrientes como X

con cocientes XC (donde XC es la proporcioacuten de

masa XC) se tiene que

d

dt∙ XC =

1

119862∙

d

dt∙ X minus Cmicro

119883

119862 (1)

Figura 1 Esquema de la estructura del modelo dinaacutemico

que muestra los principales flujos dentro y fuera de las

variables de estado (flechas soacutelidas y Tabla s) de los

paraacutemetros externos (nutrientes e irradiancia DFF) Las

variables de estado y los paraacutemetros externos se explican

en las Tablas 5 y 6 respectivamente

Fuente Elaboracioacuten propia basada en (Kevin J Flynn

2001a)

Metodologiacutea

La metodologiacutea empleada para desarrollar el

presente trabajo se describe a continuacioacuten El

presente modelo ha sido desarrollado a partir de

la combinacioacuten de componentes simplificados

de modelos dinaacutemicos mecanicistas previamente

propuestos para simular el crecimiento de

fitoplancton como funciones de amonio nitrato

luz fierro silicio fosforo y temperatura Como

siguiente paso los componentes se modificaron

para personalizar la estructura omitiendo

secciones que no aplican para el objetivo de

estudio En el presente modelo no se consideran

organismos de tipo diatomeas por lo que todas

las ecuaciones referentes a el silicio del modelo

original se removieron esto debido a que las

diatomeas contienen siacutelice en su pared celular y

las microalgas verdes no

Asiacute mismo tambieacuten se omitieron aquellas

ecuaciones que hacen referencia al tamantildeo

ceacutelulas debido a que solo se llevaran a cabo

simulaciones de la biomasa C sin dicho efecto

Para estaacute primera etapa de construccioacuten del

modelo no es necesario incluir una entrada de

Fierro (Fe) por lo que tambieacuten se omitioacute dentro

del modelo Asiacute mismo las reservas orgaacutenicas e

inorgaacutenicas de fosforo no fueron consideradas

De las simplificaciones anteriores se

seleccionaron los paraacutemetros auxiliares y

constantes referentes a la descripcioacuten de la

dinaacutemica de GC NC ChlC y la produccioacuten de

biomasa C en el tiempo que podriacutea ser utilizado

en microalgas verdes

Una vez realizada la simplificacioacuten de

variables se codificoacute el modelo en GNUreg

Octave versioacuten 441 La resolucioacuten numeacuterica

del modelo se realizoacute con funcioacuten la LSODE

(Livermore Solver for ODEs) la cual resuelve

expliacutecitamente sistemas stiff y no stiff

empleando la matriz Jacobiana (Gallagher amp

Smith 2018 Hindmarsh 1982) Para la

representacioacuten graacutefica de dichas soluciones se

utilizoacute Pythonreg 371 Posteriormente se fijaron

distintos escenarios de simulacioacuten para observar

el comportamiento del modelo las cuales se

discuten en el apartado de resultados La

descripcioacuten de las ecuaciones utilizadas se

muestra a continuacioacuten La descripcioacuten de los

paraacutemetros y sus valores se puede revisar en la

seccioacuten de anexos en las tablas 5 6 7 y 8

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la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

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El valor maacuteximo del transporte de

amonio varia con el estatus del N en las ceacutelulas

y estaacute representado por Atq Las pruebas

condicionales booleanas (dentro de en las

ecuaciones) toman el valor de 1 si es verdadero

y 0 si es falso Ver tablas 56 y 7

Atq = 1

NCgt A4 ∙ Um ∙ A1 (1 minus e

A2∙(1

NCminusA4)

) ∙

eA3∙(

1

NCminusA4)

(2)

El transporte del amonio (At) estaacute

limitado por Atq que a su vez es una funcioacuten

hiperboacutelica de la disponibilidad del amonio

externo y se representa por la concentracioacuten

intracelular de un producto temprano de la

asimilacioacuten inorgaacutenica de nitroacutegeno (GC)

usando una funcioacuten sigmoidal Para ello se

utilizoacute la ecuacioacuten (3) Ver tablas 5 6 7 y 8

At = (AmG minus GC) gt 0 ∙ Atq ∙A

A+Akt∙

(1minusGC

AmG)4

(1minusGC

AmG)4+AhG

(3)

Para representar el valor maacuteximo de

transporte del nitrato se utilizoacute la ecuacioacuten (4)

Ver tablas 56 y 7

Ntq = 1

NCgt A4 ∙ Um ∙ N1 (1 minus

eN2∙(1

NCminusN4)) ∙ eN3∙(

1

NCminusN4)

(4)

Las interacciones de corto plazo entre el

amonio y el nitrato estaacuten controladas por el valor

de GC GC se sintetiza usando las entradas de N

de las fuentes inorgaacutenicas de N Dichas

interacciones se plantean en la ecuacioacuten (5) Ver

tablas 5 67 y 8

Nt = (

GC lt NmG1 ∙ Ntq ∙

N

N+Nkt∙

(1minusGC

NmG1)

4

(1minusGC

NmG1)

4+NhG

) +

(

GC lt NmG2 ∙ 10 ∙ Ntq ∙

N

N+200+Nkt∙

(1minusGC

NmG2)

4

(1minusGC

NmG2)

4+NhG

) (5)

El Nitroacutegeno proveniente de amonio yo

nitrato llevan a cambios en la concentracioacuten de

glutamina GC que a su vez proporciona una

regulacioacuten de retroalimentacioacuten del transporte

Para esta descripcioacuten se utilizoacute la ecuacioacuten (6)

Ver tablas 5 6 y 7

d

dt∙ GC = At + Nt minus 2 ∙ Um ∙ NCm ∙ NCu ∙ (2 minus

NCminus1198731198620

NCmminus1198731198620) ∙

(1+119860119860119898119866)∙GC

119866119862+119860119860119898119866∙ CAAs minus GC ∙

Cmicro (6)

El nitroacutegeno proporcionado por GC es

utilizado para sintetizar todos los componentes

nitrogenados NC La velocidad de siacutentesis de

NC es una funcioacuten hiperboacutelica de GC y estaacute en

funcioacuten del estatus de nitroacutegeno actual

representado por NCmicro La ecuacioacuten 7 se utilizoacute

para representar la velocidad de siacutentesis de NC

Ver tablas 6 7 y 8

d

dt∙ NC = Um ∙ NCm ∙ NCmicro ∙ (2 minus

NCminusNC0

NCmminusNC0) ∙

(1+AAmG)∙GC

GC+AAmG∙ CAAs minus NC ∙ Cmicro (7)

Para describir la velocidad relativa de

crecimiento NCmicro se utilizoacute la ecuacioacuten (8)

Ver tablas 5 6 y 7

NCmicro = NCm gt NC ∙(NCminusNC0)

(NCminusNC0)+NCk∙

(NCminusNC0)+NCk

(NCmminusNC0)+ NC ge

NC0 (8)

La fotoaclimatacioacuten se describe por la

proporcioacuten algal de clorofila con respecto a C-

biomasa (ChlC) Para representar los cambios

en el contenido de la clorofila representada como

se utilizoacute la ecuacioacuten (9) La siacutentesis de ChlC

estaacute en funcioacuten del estatus de N (ecuacioacuten 8) La

siacutentesis de ChlC es una funcioacuten hiperboacutelica

limitada por el maacuteximo valor (ChlCm) posible

de ChlC Ver tablas 5 6 y 7

d

dt∙ ChlC = ChlCm ∙ NCmicro ∙ M ∙ Um ∙ CAAs ∙

(1 minusPS

Pqm) ∙

(1minusChlC

ChlCm)

(1minusChlC

ChlCm)+005

minus ChlC ∙ (Cmicro +

(1 minus NCmicro )) ∙ Um (9)

Para representar la maacutexima velocidad de

fotosiacutentesis Pqm se utilizoacute la ecuacioacuten (10) la

cual estaacute en funcioacuten de NC descrita por NCmicro Ver tablas 6 7 y 8

Pqm = (Um + rbasal + Ncm ∙ Um ∙ (redco +

15)) ∙ NCmicro (10)

Para representar la respiracioacuten basal se

utilizoacute la ecuacioacuten (11) La funcioacuten con NC

asegura que las ceacutelulas cesan su respiracioacuten a

altos valores NC Ver tablas 5 6 y 7

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rbasal = Um ∙ 005 ∙101(

NCmminusNC

NCmminusNC0)

(NCmminusNC

NCmminusNC0)+001

(11)

Para representar la disponibilidad de

Carbono CAAs que controla la siacutentesis de ChlC

en la oscuridad Se utilizoacute la ecuacioacuten (12) Ver

tablas 5 6 y 7

CAAs = (PS

Pqm+ Crva) lt 1 ∙ (

PS

Pqm+

Crva) + (PS

Pqm+ Crva) ge 1 (12)

Para representar la reserva de C

disponible para los procesos metaboacutelicos en la

oscuridad o a muy bajas cantidades de luz

cuando la fotosiacutentesis es inadecuada se utilizoacute la

ecuacioacuten (13) Ver tablas 5 6 y 7

Crva =(1minus

NC

Cres1)

4

(1minusNC

Cres1)

4+Cres2

(13)

Para describir la disponibilidad de C para

la siacutentesis de aminoaacutecidos y siacutentesis de clorofila

y la regulacioacuten de la reduccioacuten de nitrato a

amonio se utilizoacute la ecuacioacuten (14) Ver tablas 5

6 y 7

Nred = (PS

Pqm+ 006 ∙ Crva) lt 1 ∙

(PS

Pqm+ 006 ∙ Crva) + (

PS

Pqm+ 006 ∙

Crva) ge 1 (14)

Para describir la fotosiacutentesis con los

valores actuales de ChlC Pqm y irradiancia

(DFF) se utilizoacute la ecuacioacuten (15) Ver tablas 5

6 y 7

PS = Pqm ∙ TanH (α ∙ DFF ∙ChlC

Pqm ) (15)

La velocidad especifica de crecimiento

de C-biomasa representa el balance entre la

fotosiacutentesis y la respiracioacuten y para ello se utilizoacute

la ecuacioacuten (16) Ver tablas 5 6 y 7

Cmicro = PS minus (redco ∙ Nt + (At + Nt) ∙ 15 +rbasal) (16)

El incremento de C-biomasa esta dado

por la ecuacioacuten (17) Ver tablas 5 y 6 d

dt∙ C = C ∙ Cmicro (17)

Resultados

Los resultados de esta simulacioacuten muestran una

evolucioacuten de ChlC NC GC y C por 24 horas

en 3 escenarios de simulacioacuten distintos ver

Tabal 1 Los valores de los vectores numeacutericos

obtenidos en la simulacioacuten se pueden observar

en las tablas 2 3 y 4 respectivamente

En el Grafico 1 se puede observar los

resultados de la evolucioacuten de las variables

dinaacutemicas de ChlC NC GC y C por 24 horas

bajo condiciones saturadas de nutrientes N y A

y de irradiancia En el Grafico 2 se puede

observar los resultados de la evolucioacuten de las

variables dinaacutemicas de ChlC NC GC y C por

24 horas bajo condiciones saturadas de

nutrientes N y A y deficientes de irradiancia En

el Grafico 3 se puede observar los resultados de

la evolucioacuten de las variables dinaacutemicas de ChlC

NC GC y C por 24 horas bajo condiciones

saturadas de irradiancia pero limitadas de

nutrientes N y A

Discusioacuten de los resultados

En el grafico 1 se observa que debido a que el

nitroacutegeno como amonio (A) yo nitroacutegeno (N) de

la glutamina es la fuente para la siacutentesis de todos

los otros componentes nitrogenados en la ceacutelula

su valor decae a medida que se forman los

compuestos nitrogenados y por lo tanto se refleja

un aumento desde 007 gNgC hasta 01565206

gNgC en el valor de NC en un periodo de 24

horas Tambieacuten se observa que la velocidad de

siacutentesis de NC es una funcioacuten hiperboacutelica de

GC en funcioacuten del estado actual de NC en cada

unidad de tiempo regulado por NCu Asiacute mismo

se puede notar el decremento en el valor de la

clorofila a medida que la biomasa (C) se genera

En el graacutefico 2 se puede observar que el

valor de ChlC en ausencia de irradiancia

permanece esto puede ser debido a que no es

utilizada para la produccioacuten de biomasa El

decaimiento en la evolucioacuten dinaacutemica de la

biomasa puede deberse a la ausencia de

irradiancia para realizar los procesos

fotosinteacuteticos Asiacute mismo se observa un

decaimiento brusco de GC entre la primera y

octava hora pero despueacutes tiende a estabilizarse

por el control de retroalimentacioacuten En el graacutefico

3 se observa que el incremento de NC en el

tiempo es menor cuando las ceacutelulas son

expuestas a concentraciones bajas de nutrientes

a pesar de ello se presenta un leve incremento en

el valor de la biomasa hasta 00085307 gChlgC

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Por otra parte las interacciones de corto

plazo entre la asimilacioacuten de N y A estaacuten

controladas por el valor de GC GC se sintetiza

asiacute misma usando las entradas de las fuentes de

N provenientes del control de

retroalimentacioacuten

Escenario Paraacutemetros externos

N A DFF

1 10 10 1000

2 10 10 0

3 1 1 1000

Tabla 1 Valores de los paraacutemetros externos A N y DFF

colocados en cada escenario de simulacioacuten Ver tabla 8

Variables Valor inicial Valor final Grafico

GC 0005 00017483 gN119892minus1C

NC 007 01565206 gN119892minus1C

ChlC 009 00106285 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 00645372 microgC119897minus1C

Tabla 2 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 1 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Variables Valor inicial Valor final Unidad

GC 0005 00073072 gN119892minus1C

NC 007 01765232 gN119892minus1C

ChlC 009 00906502 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 00085307 microgC119897minus1C

Tabla 3 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 2 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Variables Valor inicial Valor final Unidad

GC 0005 000022903 gN119892minus1C

NC 007 007867897 gN119892minus1C

ChlC 009 001097006 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 001984692 microgC119897minus1C

Tabla 4 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 3 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Graacutefico 1 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 1

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Graacutefico 2 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 2

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Graacutefico 3 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 3

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Conclusiones

Se encontroacute que el modelo mecanicista

propuesto puede ser capaz de simular la

evolucioacuten dinaacutemica de los cocientes de

Glutamina- Carbono (GC) Nitroacutegeno-Carbono

(NC) Clorofila-Carbono (ChlC) y el

crecimiento de biomasa (C) en microalgas

verdes El modelo responde a cambios de la

irradiancia (DFF) y disponibilidad de nutrientes

como Amonio (A) y Nitroacutegeno (N) con las

herramientas de modelado matemaacutetico utilizadas

y muestra coherencia con planteamientos

teoacutericos revisados en la literatura (K Flynn amp

Butler 2007 Kevin J Flynn 2001a 2001b

Kevin J Flynn 2013)

19

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Junio 2019 Vol6 No19 13-21

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GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano

GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Prospectivas

En trabajos futuros se puede acoplar la

asimilacioacuten y transporte de fosforo (PC) entre

otros paraacutemetros externos Asiacute mismo tambieacuten

se pueden realizar trabajos de parametrizacioacuten

de las constantes candidatas mostradas en la

Tabla 7 para especies de microalgas particulares

que conlleven a disentildeos experimentales que

permitan obtener modelos particulares e

incrementar la informacioacuten de condiciones

oacuteptimas de obtencioacuten de biomasa derivada de

sistemas de cultivo de algas para la extraccioacuten de

diversos metabolitos de intereacutes en nuestra

regioacuten

Anexos

Ec Variable

de estado

Descripcioacuten Valor

Inicial

Unidad

6 GC GlutaminaCar

bono

ltAmG gN119892minus1C

7 NC NitroacutegenoCar

bono

ltNCm

NCo gN119892minus1C

9 ChlC ClorofilaCarb

ono

ltChlCm gChl119892minus1C

17 C Biomasa A criterio microgC119897minus1C

Tabla 5 Variables de estado y valores iniciales Fuente

(Kevin J Flynn 2001a)

Auxiliar Descripcioacuten Unidad

At Velocidad de transporte del

amonio gN119892minus1C119889minus1

Atq Transporte maacuteximo posible de

amonio a un dado NC gN119892minus1C119889minus1

rbasal Respiracioacuten basal gC119892minus1119862119889minus1

CAAs Disponibilidad de (C) para la

asimilacioacuten de (N) en

oscuridad

Ad

Crva Reservar disponible de (C) 0

si es miacutenimo 1 si es maacuteximo Ad

Cmicro Velocidad especifica de

crecimiento del cociente (C) gC119892minus1119862119889minus1

NCu NC normalizado 0 si es

miacutenimo y 1 si es maacuteximo Ad

Nred Disponibilidad normalizada

de (C) para la reduccioacuten de

nitrato en oscuridad 0 si es

miacutenimo y 1 si es maacuteximo

Ad

Nt Velocidad de transporte del

nitrato gN119892minus1119862119889minus1

Ntq Velocidad maacutexima de

transporte de nitrato a NC

actual

gN119892minus1119862119889minus1

PS Velocidad de fotosiacutentesis gC119892minus1119862119889minus1

Tabla 6 Variables auxiliares Ad adimensional

Fuente (Kevin J Flynn 2001a)

Constante Definicioacuten valor Unidad

A1 Constante que relaciona

NC y At

-0705 gN119892minus1C

A2 Constante que relaciona NC y At

0982 Ad

A3 Constante que relaciona

NC y At

-1061 Ad

A4 Constante que relaciona

NC y At el miacutenimo

CN para el transporte

de amonio

534 gC119892minus1119873

AAmG Constante de saturacioacuten

media para la siacutentesis de

AAs de la glutamina

0001 gN119892minus1C

AhG Constante para la

supresioacuten del transporte

de amonio por GC

01 Ad

Akt Constante de saturacioacuten media para el transporte

de amonio

14 microgN119897minus1

α 8times 10minus6

(119898minus2119892minus1119862ℎ119897 119886)(119892119862119898119900119897minus1119891119900119905oacute119899)

AmG Tamantildeo de la piscina de

glutamina que para el

transporte de amonio

001 gN119892minus1C

ChlCm Contenido maacuteximo de

ChlC

009

Cres1 Constante para

computar reserva de C valor de NC cuando

Crva es 0

02 gN119892minus1C

Cres2 Constante para

computar reserva de C

001 Ad

M

Escalar para optimizar

fotoaclimatacioacuten

2 Ad

N1

Constante que relaciona

NC y Nt

-02907 gN119892minus1C

N2

Constante que relaciona

NC y Nt

17644 Ad

N3

Constante que relaciona

NC y Nt

-19282 Ad

N4

Constante que relaciona

NC y Nt

547 gC119892minus1119873

NCk Constante para el

control de N del C-

crecimiento especifico

1 gN119892minus1C

NCm

Maacuteximo NC bajo crecimiento balanceado

015 gN119892minus1C

NhG Constate para la supresioacuten del transporte

de N por la glutamina

005 Ad

Nkt Constate de saturacioacuten

media para el

transportador de nitrato

1 valor para el

transportador 2 es 200

veces este valor

14 microgN119897minus1C

NmG1 Tamantildeo de la piscina de

glutamina que detiene el transporte de nitrato a

traveacutes del transportador

1

0003 gN119892minus1C

NmG2 Tamantildeo de la piscina de

glutamina que detiene el

transporte de nitrato a

traveacutes del transportador

2

0006 gN119892minus1C

redco

Respiracioacuten de Carbono

de apoyo para la reduccioacuten de nitrato a

amonio

171 gC119892minus1119873

Um

Maacutexima velocidad de

crecimiento

1 gC119892minus1119862119889minus1

Tabla 7 Constantes aquellas marcadas son candidatas

para parametrizacioacuten Ad adimensional

Fuente (Kevin J Flynn 2001a)

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la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad

A Amonio microgN119897minus1

N Nitrato microgN119897minus1

DFF Densidad de flujo de

fotones micromol119898minus2119889minus1

Tabla 8 Paraacutemetros externos Fuente (Kevin J Flynn

2001a)

Agradecimiento

Se agradece al Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

por todos los apoyos y servicios prestados por

mis profesores para la realizacioacuten de este trabajo

Asiacute mismo a CONACYT por la beca otorgada

durante mis estudios de doctorado

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22

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Junio 2019 Vol6 No19 22-30

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Design and construction of a Compound Parabolic Concentrator (CPC) Solar

collector for air heating testing

SORIA-MEJIacuteA Sandra Palomadagger AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten

y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo-Ingenieriacutea en Energiacuteas Renovables

ID 1er Autor Sandra Paloma Soria-Mejiacutea ORC ID 0000-0002-0664-0688

ID 1er Coautor Joseacute Emmanuel Ambrosio-Juarez ORC ID 0000-0002-4741-9269 CVU CONACYT ID 563918

ID 2do Coautor Ivaacuten Toledo-Manuel ORC ID 0000-0001-9498-5506 CVU CONACYT ID 477272

ID 3er Coautor Joseacute Sabaacutes-Segura ORC ID 0000-0003-4579-0192 CVU CONACYT ID 891182

DOI 1035429JCPE20191962230 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

En este trabajo se presenta una propuesta de disentildeo y la

evaluacioacuten teoacuterica y experimental de un colector solar de

tipo concentrador paraboacutelico compuesto (CPC) con

absorbedor tubular para pruebas de calentamiento de aire

con rendimientos teacutermicos ideales para aplicaciones como

el secado y sistemas de acondicionamiento de aire El

colector consiste en cuatro concentradores formados de

laacutemina galvanizada que hacen la funcioacuten de reflejar la luz

solar hacia los tubos absorbedores con una relacioacuten de

concentracioacuten de 25 y un semiaacutengulo de aceptacioacuten de

235ordm con el objetivo de no requerir de un sistema de

seguimiento solar El absorbedor es un tubo de cobre

donde el aire circula Con esta propuesta del colector se

obtuvo una eficiencia teoacuterica de 25 lo que representa

una tercia parte de ganancia de energiacutea comparaacutendolo con

un CPC comercial Esta eficiencia se obtuvo de acuerdo a

lo materiales y dimensiones implementados El sistema es

teacutecnicamente factible de utilizarse para procesos de baja

temperatura con calidad promedio de 60 ordmC con lo que se

puede producir ahorros energeacuteticos significativos y

reduciendo la cantidad de emisiones de CO2 favoreciendo

al medio ambiente

Colector solar CCP Calentamiento de aire

Abstract

This paper presents a design proposal and the theoretical

and experimental evaluation of a solar collector of

parabolic concentrator type (CPC) with tubular absorber

for air heating tests with ideal thermal performances for

applications such as drying and conditioning systems air

The collector consists of four concentrators formed of

galvanized sheet that make the function of reflecting the

sunlight towards the absorber tubes with a concentration

ratio of 25 and an acceptance half-angle of 235ordm with the

objective of not requiring a system of solar tracking The

absorber is a copper tube where the air circulates With this

proposal from the collector a theoretical efficiency of

25 was obtained which represents a third part of energy

gain compared to a commercial CPC This efficiency was

obtained according to the materials and dimensions

implemented The system is technically feasible to be used

for low temperature processes with average quality of 60

ordmC which can produce significant energy savings and

reducing the amount of CO2 emissions favoring the

environment

Solar collector CCP Air heating

Citacioacuten SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-

SEGURA Joseacute Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas

de calentamiento de aire Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 22-30

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico josesabastecabasoloedumx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

23

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El crecimiento demograacutefico y su constante

desarrollo generan un desequilibrio ecoloacutegico en

el planeta generando fuentes de contaminacioacuten

que conllevan el deterioro de los recursos

naturales y el calentamiento global incontrolado

Meacutexico presenta una fuerte dependencia de los

combustibles foacutesiles para la generacioacuten de

energiacutea eleacutectrica presentando la tasa de

crecimiento anual de consumo de electricidad

maacutes alta entre los paiacuteses de EUA y Canadaacute con

34 por efecto de la progresiva demanda de

recursos energeacuteticos necesarios para su

expansioacuten econoacutemica (SENER 2015)

El uso de las fuentes de energiacuteas

renovables para la produccioacuten de energiacutea

eleacutectrica y calor en los distintos sectores

reduciriacutea en gran medida los problemas

econoacutemicos y medio ambientales en nuestro

paiacutes La tecnologiacutea que apunta a tener un mayor

auge es la energiacutea solar En Meacutexico se cuenta

con una excelente radiacioacuten solar disponiendo

en promedio anual de 45 a 56 kWhm2 de

radiacioacuten global media diaria (Herrera 2018)

El fin de este proyecto es utilizar la

energiacutea solar disponible mediante el disentildeo y la

fabricacioacuten de un colector solar de tipo

concentrador paraboacutelico compuesto (CPC) como

generador de aire caliente como un instrumento

de pruebas para cualquier aplicacioacuten que

requiera ser utilizado en hora solar punta a una

temperatura inferior a 60deg y que ademaacutes pueda

ser utilizado como una herramienta para el

ahorro de energiacutea Con este trabajo se quiere

fomentar una mayor investigacioacuten en el campo

de la energiacutea solar teacutermica para aplicaciones en

condiciones controladas para procesos de secado

o desinfeccioacuten a temperaturas que no superen los

70deg

Los CPC logran operar entre 30 a 200 degC

(UNAM 2018) asiacute pues en el presente trabajo

se profundiza en el disentildeo construccioacuten y

anaacutelisis del CPC como dispositivo captador de

radiacioacuten solar haciendo fluir el aire a traveacutes de

los tubos absorbedores para alguacuten proceso El

CPC se disentildea empleando materiales que

permiten la captacioacuten y absorcioacuten de la radiacioacuten

solar recibida en el lugar construyendo un

colector solar con cuatro reflectores de laacutemina de

acero galvanizada para formar los

concentradores y redirigir la radiacioacuten solar

desde la abertura hasta los receptores

Se agrega un receptor por cada

concentrador los cuales son encargados de

interceptar la energiacutea solar y transformarla en

energiacutea teacutermica empleando tubos de cobre por

ser un buen conductor teacutermico Su estructura es

realizada a base de materiales metaacutelicos para una

mejor rigidez y duracioacuten

Disentildeo del Colector Paraboacutelico Compuesto

(CPC)

El factor maacutes importante al disentildear este tipo de

colector es la relacioacuten de concentracioacuten que

para un sistema lineal viene dada por la

ecuacioacuten 1 (Duffie amp Beckman 2013)

C = Aa

Ar =

1

sin θa (1)

Para colectores CPC estacionarios el

aacutengulo de aceptacioacuten miacutenimo deberaacute ser igual a

47deg este aacutengulo seraacute capaz de cubrir la

declinacioacuten del sol desde el solsticio de verano

hasta el solsticio de invierno (2 x 235 deg) (Loacutepez

2011)

Un CPC con absorbedor tubular se disentildea

en base a la relacioacuten de concentracioacuten que se

requiere y al diaacutemetro exterior del tubo

absorbedor Para la construccioacuten de la paraacutebola

y la involuta del CPC se toma como referencia la

figura 1

Donde S es un punto geneacuterico en el

reflector el segmento RS es la tangente al tubo

absorbedor O es el centro del tubo r es el radio

del tubo AB es la parte de la involuta y BC es la

paraacutebola de la curva compuesta

Figura 1 Descripcioacuten del CPC para un receptor tubular

Fuente Blanco Gaacutelvez et al 2006

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

La ecuacioacuten 2 define el rango de la curva

de la involuta donde θ estaacute dado en radianes

0le θ le [(π

2 ) + θa] (2)

Las siguientes ecuaciones definen las

coordenadas x y para obtener la involuta de la

curva compuesta

x = r ( sin θ - θ cos θ) (3)

y = r (- cos θ - θ sin θ ) (4)

Para la parte de la paraacutebola en la curva

compuesta el rango para el valor del aacutengulo de

disentildeo θ va de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

[(π

2) + θa] le θ le [(

2) -θa] (5)

Donde las ecuaciones para las

coordenadas x y de la paraacutebola son

x = r [sin θ - π

2 + θa + θ - cos(θ - θa)

(1+ sin(θ - θa)) (cos θ)] (6)

y = r [- cos θ - π

2+ θa + θ - cos(θ - θa)

(1+ sin(θ - θa)) (sen θ)] (7)

Las ecuaciones anteriores son

programadas en el software Matlab para obtener

la geometriacutea del CPC teniendo como resultado

la figura 2 en donde el semiaacutengulo de aceptacioacuten

θa es igual a 235deg y el diaacutemetro del tubo

absorbedor es de 00142875 m para un iacutendice de

concentracioacuten de 25 el cual se encuentra dentro

del rango vaacutelido para este tipo de colector

Figura 2 Geometriacutea del Colector ciliacutendrico paraboacutelico

A continuacioacuten se simula el

comportamiento oacuteptico del CPC en el software

Tonatiuh en donde se realiza el trazado de rayos

desde una fuente solar supuesta hacia el CPC y

asiacute observar la reflexioacuten y recepcioacuten de los rayos

solares En la figura 3 se puede observar los

resultados obtenidos de la simulacioacuten donde se

percata que los rayos solares entran en el aacuterea de

abertura del colector luego son reflejados por la

laacutemina para despueacutes ser captados y absorbidos

por el tubo receptor

Figura 3 Comportamiento oacuteptico del CPC simulado en

Tonatiuh

Anaacutelisis Teoacuterico del Rendimiento Teacutermico del

CPC

El caacutelculo del rendimiento de los colectores de

concentracioacuten sigue los mismos lineamientos

generales que para los colectores de placa plana

(Duffie amp Beckman 2013) usando la siguiente

ecuacioacuten

η = Q

u

S ∙ Ac

(8)

Para determinar el calor uacutetil (Qu) se

implementa la ecuacioacuten 9

Qu= FR∙ Aa [S -

Ar

AaUL(Ts - Ta)] (9)

Donde la energiacutea que entra al sistema se

deriva de la radiacioacuten solar absorbida por la

tuberiacutea receptora del colector (S) la cual se

estima para cielo despejado a partir de la

siguiente ecuacioacuten condicionada por la

geometriacutea del colector

S = AC (Gb ∙ τcb∙τCPCb ∙ αb + Gd ∙ τcd ∙

τCPCd ∙ αd + Gg∙ τcg ∙ τCPCg ∙ αg) (10)

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Luego es necesario estimar la

contribucioacuten de la radiacioacuten directa (G subiacutendice

b por beam radiation) la radiacioacuten difusa (G

subiacutendice d por diffuse radiation) y la radiacioacuten

reflejada por el suelo (G subiacutendice g por ground-

reflected radiation) donde se consideran los

criterios de las ecuaciones 11 y 12

Gb = F ∙ Gbn ∙ cos θ (11)

Gd =

Gd

C si (β + θa) lt 90deg

Gd

2(

1

C - cos β) si (β + θa) gt 90deg

(12)

Gg= 0 si (β + θa) lt 90degGg

2(

1

C - cos β) si (β + θa) gt 90deg

(13)

De la ecuaciones 12 y 13 seguacuten la

condicioacuten β+ϴa para este caso y sabiendo que el

aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la superficie

horizontal (β) de este colector es 21ordm y el

semiaacutengulo de aceptacioacuten ϴa es igual a 235ordm se

tiene β+ϴa= 445ordm que seraacute menor que 90ordm lo

que conlleva a resolver la ecuacioacuten 12 para

radiacioacuten difusa

Gd =Gd

C (14)

En cuanto a la radiacioacuten reflejada por el

suelo para este disentildeo se despreciara por ser

praacutecticamente nula cumplieacutendose la primera

condicioacuten

Gg= 0 (15)

Con los puntos anteriores determinados

la ecuacioacuten 10 resulta de la siguiente manera

S = AC (Gb ∙ τcb ∙ τCPCb ∙ αb + Gd ∙ τcd ∙

τCPCd ∙ αd) (16)

El colector propuesto no posee cobertura

ni en la estructura ni en los absorbedores por lo

tanto

τcb = τcd = τc = 1 (17)

Para encontrar el valor de la

transmisividad efectiva del CPC (τCPC ) se toma

en cuenta la fraccioacuten de la radiacioacuten que pasa a

traveacutes de la abertura del colector que se

concentra en el receptor donde la reflectividad

especular de las paredes de los concentradores

(ρr) y del nuacutemero promedio de reflexiones (nr)

esta transmitancia se expresa como (Duffie amp

Beckman 2013)

τCPCb = τCPCd = τCPC

= ρrnr (18)

nr = 1 - 1

Cm

(19)

Se debe conocer la absortancia de la

superficie receptora de cobre (αr) para la

radiacioacuten que seraacute el mismo valor para la

radiacioacuten directa (αb) y la radiacioacuten difusa (αd)

Entonces de acuerdo con (Duffie amp Beckman

2013) la ecuacioacuten 16 se reduce a la ecuacioacuten 20

donde la radiacioacuten solar total (G) es la suma de

las radiaciones directa (Gb) y difusa (Gd)

S = Ac ∙ G (τr ∙ τCPC ∙ αr) (20)

G = Gb + Gd (21)

(Hottel 1976) ha presentado un meacutetodo

para estimar la radiacioacuten transmitida a traveacutes de

atmoacutesferas claras que toma en cuenta el aacutengulo

cenital y la altitud para una atmoacutesfera estaacutendar y

para cuatro tipos de clima (Duffie amp Beckman

2013) el cual es utilizado para hallar la radiacioacuten

directa y difusa mediante las siguientes

ecuaciones

Gb = Go ∙ τb (22)

Gd = Go∙ τ119889 (23)

Donde la irradiancia extraterrestre se

puede conocer a partir de la ecuacioacuten 24

Go = 1367 (1 + 0033 ∙ cos 360 ∙ N

365) (24)

Para determinar las transmitancias

atmosfeacutericas para la radiacioacuten directa (τb) y

difusa (τd) se emplean las ecuaciones descritas

a continuacioacuten

τb = a0 + a1 exp (minus k

cos θz

) (25)

τd = 0271 - 0294 ∙ τb (26)

Donde los valores a0 a1 y k para la

atmoacutesfera estaacutendar se calculan a partir de las

ecuaciones siguientes para altitudes inferiores a

25 km asiacute como tambieacuten se requiere conocer el

coseno del aacutengulo cenital (ϴz) que viene dado

por la ecuacioacuten 30 (Hottel 1976)

a0 = 04237 - 00082 (6 - A)2 (27)

a1 = 05055 - 000595 (65 - A)2 (28)

k = 02711 - 001858 (25 - A)2 (29) cos θz = cos Φ ∙ cos δ ∙ cos ω + sin Φ ∙ sin δ (30)

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

En la que el aacutengulo de declinacioacuten solar

(δ) se calcula a partir de la ecuacioacuten 31 y el

aacutengulo horario (ω) de la ecuacioacuten 32 la cual

solicita el nuacutemero del tiempo solar (Tsun)

conocieacutendolo por medio de la ecuacioacuten 33 que

conlleva a pedir el nuacutemero del tiempo del reloj

actual (Tclock) y a resolver la Ecuacioacuten del

Tiempo (ET) (Duffie amp Beckman 2013)

δ = 2345 sin [360

365(284 + N)] (31)

ω = (Tsun- 12) ∙ 15 (32)

Tsun = Tclock + ET plusmn 4 (Lstd - Lloc) (33) ET = 987 sin(2B) - 753 cos B - 15 sin B (34)

B = (N - 81)360

365 (35)

Ahora bien se procede a calcular la

energiacutea que sale del sistema y esta viene dada por

las peacuterdidas teacutermicas del receptor teniendo en

cuenta la conveccioacuten y la radiacioacuten de la

superficie asiacute como tambieacuten la conduccioacuten a

traveacutes de la estructura de soporte las cuales

deben estimarse generalmente en teacuterminos del

coeficiente de peacuterdida UL que se basa en el aacuterea

del receptor y estaacute dado por

UL = Q

loss

π ∙ e ∙ L (Tr - Ta) (36)

La peacuterdida de calor del receptor (Qloss)

estaacute dada por lo siguiente

Qloss

= π De L σ (Tr

4 - Ti4)

1εr

+ 1 - εr

εr(De

Di)

(37)

Para encontrar el factor de eliminacioacuten

de calor del colector (FR) se despeja de la

ecuacioacuten 38 encontrando el factor de flujo del

colector (Frsquorsquo) de la ecuacioacuten 40 y el factor de

eficiencia (Frsquo) de la ecuacioacuten 41 (Duffie amp

Beckman 2013)

F = FR

F (38)

F= m ∙ Cp

Ar∙ UL∙ F[1 - exp (-

Ar ∙ UL ∙ F

m ∙ Cp)] (39)

F= Uo

UL (40)

Donde el flujo maacutesico m se calcula

primeramente para la ecuacioacuten 39 mediante la

densidad del fluido la velocidad promedio y el

aacuterea de la seccioacuten transversal normal a la

direccioacuten del flujo (Ar)

m = ρ ∙ V ∙ Ar (41)

El coeficiente global de transferencia de calor

basado en el diaacutemetro del tubo receptor externo

(Uo) entre el entorno y el fluido se calcula como

se muestra en la ecuacioacuten 42

Uo = (1

UL

+ De

hfi ∙ Di

+ De ∙ ln (

DeDi

frasl )

2 ∙ kr

)

-1

(42)

En el cual el coeficiente de transferencia

de calor del fluido de trabajo (hfi) se basa en el

diaacutemetro interior del tubo receptor y para

estimarlo se despeja de la siguiente ecuacioacuten

Nu = hfi ∙ Di

kaire (43)

Donde el nuacutemero de Nusselt se encuentra

tomando en cuenta las siguientes condiciones

(Duffie amp Beckman 2013)

Nu = 040 + 054 para 01 lt Re lt 1000

030 Re06 para 1000 lt Re lt 50000 (44)

En las que el nuacutemero de Reynolds estaacute dado

para una temperatura de aire de 20ordmC calculado

por medio de la ecuacioacuten 45

Re = ρ ∙ V ∙ Di

μ (45)

Las diferencias entre tener un receptor sin

cobertura y un receptor con cobertura se

encuentran en el caacutelculo de la radiacioacuten solar

total absorbida por el colector (S) y el

coeficiente global de peacuterdidas teacutermicas (UL)

Los caacutelculos realizados sirvieron para analizar

las variables involucradas en este proyecto

Descripcioacuten del sistema

El sistema de calentamiento estaacute constituido de

4 superficies paraboacutelicas reflectoras de laacutemina

de acero galvanizada de 091 m de longitud que

tienen como receptores cada una un tubo de

cobre de 1 m y una estructura de aacutengulos de

acero como soporte

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Este colector solar CPC utiliza la energiacutea

solar para calentar el aire circundante en el

interior de los tubos que despueacutes puede ser

utilizado o almacenado

El colector debe estar orientado hacia el

sur en el hemisferio norte apuntando hacia el

ecuador y ademaacutes debe estar colocado a cierta

inclinacioacuten de manera tal que pueda captar la

mayor radiacioacuten solar posible

El funcionamiento es sencillo por un

extremo de los tubos absorbedores entra el aire

con una temperatura baja el cual se va

calentando al recorrer la tuberiacutea de cobre y

luego sale por otro extremo con una temperatura

elevada Para que el aire circule no es necesario

el uso de bombas o dispositivos similares

funcionando debido al cambio de densidades que

el aire sufre al calentarse

Construccioacuten del Colector CPC

A continuacioacuten se describe el proceso de

construccioacuten del colector solar CPC Los

materiales se describen en la tabla 1

Primeramente se cortoacute la hoja de laacutemina

galvanizada quedando piezas con dimensiones

de 0375 x 091 m Para hacer la forma

paraboacutelica de los concentradores se doblan cada

hoja de laacutemina mediante una maquina dobladora

de accionamiento manual que realiza los

pliegues de forma lineal a lo largo de la laacutemina

como se ve en la figura 4

Cantidad Material Dimensiones

1 Hoja de laacutemina de acero

galvanizada

3 x 091rdquo

1 Tramo de tubo de cobre 1rdquo

4 Tramos de aacutengulo de

acero

1 x 1 x 18ldquo

6 Tees de cobre 1rdquo

2 Codos de cobre 90ordm 1rdquo

20 Remaches de aluminio

12 Tornillos de cabeza

hexagonal

frac14rdquo

12 Tuercas frac14rdquo

12 Arandelas de presioacuten

Grower

frac14rdquo

2 Pintura de color gris y

negra

Tabla 1 Materiales requeridos para la construccioacuten del

colector CPC

A continuacioacuten se realiza la unioacuten entre

dos laminas para obtener 4 elementos por lo cual

se soldaacuten en la parte donde se hicieron los

pliegues teniendo como resultado los

concentradores mostrados en la figura 5

Figura 4 Hojas de laacutemina galvanizada dobladas

Figura 5 Concentrador ensamblado

Se construyeron recuadros para cada

concentrador con los aacutengulos de acero para

soportar estas superficies reflectoras y estos

fueron montados sobre un soporte que sostiene

las superficies reflectoras creando con un

aacutengulo de acero un rectaacutengulo con dimensiones

de 133 x 098 m la cual esta inclinada a 21ordm

colocaacutendoles 2 bases y 2 de figura 6

Se cortaron 4 trozos de tubo de cobre de

1 m para formar un circuito en paralelo usando

codos de cobre fijaacutendose este conjunto despueacutes

a cada concentrador mediante un soporte hecho

mostrado en la figura 6

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Figura 1 Colector solar tipo CPC

Evaluacioacuten Experimental

Para realizar el anaacutelisis teacutermico del sistema

primeramente se realizan las mediciones de las

variables climatoloacutegicas en el lugar de pruebas a

cada hora a lo largo de 7 horas durante un mes

utilizando un termoacutemetro infrarrojo En la

siguiente tabla se muestran los valores promedio

obtenidos en la cual se puede observar que la

temperatura de salida en el colector se alcanza a

las 300 pm

Hr Rad

Solar

(Wm2)

Temp

Ambiente

(K)

Temp

Receptor

(K)

Temp

Interior

(K)

Temp

Salida

(K)

1100 64060 29475 30355 30155 30695

1200 81480 29645 31255 30515 31885

1300 80360 29715 32005 30925 32335

1400 79290 29945 32395 31005 32685

1500 53000 30005 33095 31175 33425

1600 52560 29955 31025 30605 31975

1700 10170 29355 28925 29545 29855

Tabla 2 Mediciones en el CPC

En el graacutefico 1 se puede apreciar que la

temperatura de salida del colector tiende a seguir

el comportamiento de la temperatura ambiente

aumentado considerablemente e influyendo de

forma notable en el rendimiento del sistema

Graacutefico 1 Graacutefica de las temperaturas en el CPC

Para conocer la cantidad de radiacioacuten

solar absorbida por el colector CPC se hallan los

valores necesarios para cada diacutea de pruebas

obteniendo como promedios los expresados en la

tabla 3 donde se toman en cuenta los valores

geomeacutetricos del CPC los aacutengulos del

movimiento aparente del sol y los datos

geograacuteficos del lugar donde se realizaron las

pruebas

Con los paraacutemetros de disentildeo efectuados

en el capiacutetulo 2 se presentan a continuacioacuten en

la tabla 4 las caracteriacutesticas de cada

concentrador las cuales son basadas

baacutesicamente en el diaacutemetro del receptor y el

aacutengulo de aceptacioacuten propuesto Siacutembolo Valor Unidad

Irradiancia

promedio

IT 5900 Whm2

Horas Solar Pico HSP 7 h

Radiacioacuten solar

total

G 7900119 Wm2

Radiacioacuten directa Gb 6024938 Wm2

Radiacioacuten difusa Gd 1875181 Wm2

Radiacioacuten

extraterrestre

Go 13455766 Wm2

Constante solar Gsc 1367 Wm2

Transmitancia

atmosfeacuterica para la

radiacioacuten directa

τb 04478

Transmitancia

atmosfeacuterica para la

radiacioacuten difusa

τd 01394

Valores para

atmoacutesfera estaacutendar

a0 02729

a1 03690

K 02595

Altitud del lugar A 17110 km

Aacutengulo cenital cos ϴz 03476 ordm

Latitud del lugar Φ 204399 ordm

Declinacioacuten solar Δ 145856 ordm

Inclinacioacuten Β 21 ordm

Aacutengulo acimutal 120574 -1015457 ordm

Aacutengulo horario Ω 733624 ordm

Tiempo solar Tsun 168908

Tiempo estandar Tclock 15

Ecuacioacuten del

tiempo

ET 00908

B 384658

Longitud estandar Lstd -102 ordm

Longitud local Lloc -10155 ordm

Constante de Stefan

Boltzmann

Σ 567x10-8 Wm2K4

Tabla 3 Datos considerados para los caacutelculos de radiacioacuten

solar

La superficie receptora como se ha

mencionado anteriormente es un tubo de cobre

que por su durabilidad su propiedad

anticorrosiva y sus propiedades teacutermicas ha sido

elegido para este proyecto

250

270

290

310

330

350

370

390

1100

a m

1200

p m

0100

p m

0200

p m

0300

p m

0400

p m

0500

p m

Temperatura Ambiente [K]

Temperatura Receptor [K]

Temperatura Interior [K]

Temperatura de Salida [K]

η = 24

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

En la tabla 5 se muestran las propiedades

que se tomaron en cuenta para los caacutelculos

considerando que la superficie fue pintada de

color negro para una mayor absorbancia de

calor

Siacutembolo Valor Unidad

Semiaacutengulo de aceptacioacuten ϴa 235 ordm

Concentracioacuten geomeacutetrica C 25

Longitud de abertura La 023 m

Altura del CPC H 032 m

Longitud del CPC L 091 m

Diaacutemetro exterior del tubo De 0028575 m

Diaacutemetro interior del tubo Di 00254 m

Espesor del receptor E 0003175 M

Aacuterea de abertura Aa 02093 m2

Aacuterea del receptor Ar 00817 m2

Nuacutemero total de

concentradores

4

Tabla 4 Caracteriacutesticas de cada CPC del colector solar

Siacutembolo Valor Unidad

Conductividad teacutermica Kr 385000 WmordmC

Absortividad αr 1

Emisividad ɛr 0037

Transmitancia τr 1

Tabla 5 Propiedades del receptor

La superficie reflectora elegida es la

laacutemina de acero galvanizada que es cortada en

segmentos y de la cual se requiere conocer para

el caacutelculo teacutermico la reflectividad especular de

esta mostraacutendose en la tabla 6

Siacutembolo Valor Unidad

Reflectividad especular ρr 078

Tabla 6 Reflectividad especular de la laacutemina galvanizada

El fluido de trabajo en este proyecto es el

aire pensando en las aplicaciones futuras que se

pudieran considerar donde en la tabla 7 se

muestran las propiedades de este a 20 ordmC asiacute

como tambieacuten la velocidad promedio que se

presenta en los diacuteas de pruebas

Siacutembolo Valor Unidad

Conductividad teacutermica Kaire 002476 Wm2K

Calor especifico Cp 1007 JkgK

Densidad Ρ 1204 kgm3

Velocidad V 01636 ms

Viscosidad dinaacutemica Μ 1825x10-5 kgms

Tabla 7 Propiedades del aire a 20 ordmC

Conociendo las propiedades y los datos

geomeacutetricos de los elementos que conforman el

colector CPC se procede a hallar las peacuterdidas

teacutermicas y la eficiencia del colector CPC en

donde la tabla 8 muestra los resultados

obtenidos

Siacutembolo Valor Unidad

Eficiencia del sistema Η 23

Aacuterea del colector Ac 08372 m2

Calor uacutetil Qu 950274 W

Radiacioacuten solar absorbida S 4957459 Wm2

Transmitancia del CPC τCPC 07495

Nuacutemero promedio de

reflexiones

nr 09574

Coeficiente global de

peacuterdidas de calor

UL 06816 Wm2K

Perdida teacutermica del

receptor

Qloss 01206 W

Factor de flujo del

colector

Frsquorsquo 09984

Factor de eliminacioacuten de

calor del colector

FR 09282

Factor de eficiencia del

colector

Frsquo 09297

Coeficiente global de

transferencia de calor

Uo 06337 Wm2K

Flujo maacutesico del aire 00161 kgs

Coeficiente de

transferencia de calor

dentro del tubo receptor

hfi 101406 Wm2K

Nuacutemero de Nusselt Un 104027

Nuacutemero de Reynolds Re 2741121

Tabla 8 Caracteriacutesticas geomeacutetricas y paraacutemetros de

caacutelculo en el colector solar tipo CPC

Se tiene que para estos diacuteas de pruebas se

consigue una eficiencia del 23 en promedio

siendo este factor importante en el disentildeo de

colectores ya que significa tener una ganancia al

retornar de forma uacutetil soacutelo una parte de la energiacutea

que recibe

Conclusiones

Al ser un colector de tipo estacionario se

consigue una baja concentracioacuten obteniendo

una radiacioacuten solar en el colector aceptable La

factibilidad de este trabajo es que cuenta con

concentradores como equipos principales hace

que se considere al colector cilindro paraboacutelico

compuesto como un camino viable tanto

econoacutemicamente como energeacuteticamente para

sistemas que requieran mantener una

temperatura baja en horas solares punta

Mediante los resultados obtenidos en este

proyecto se muestra que los resultados teoacutericos y

experimentales son similares asiacute mismo el

disentildeo probado permite que solo parte de la

radiacioacuten entre al colector permitiendo obtener

temperaturas de entre 50 y 60 degC La eficiencia

alcanzada por este proyecto es del 24 con

temperaturas de salida de 60 ordmC lo cual resulta

adecuado para ser implementado en sistemas que

requieran calor constante a temperaturas

relativamente bajas tales como invernaderos o

sistemas de climatizacioacuten

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

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31

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Junio 2019 Vol6 No19 31-38

Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFT

Molecularly modeling an activated carbon anode as a platinum support by means of

DFT calculations

VALENZUELA-HERMOCILLO Ernestodagger1 PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan2 y RIVAS-CASTRO

Sofiacutea1

1Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero Carrertera federal Toluca- Ixtapan de la Sal Km 64 Col La Finca

CP 51763 Villa Guerrero Meacutexico 2Instituto Tecnoloacutegico de Toluca CP 52149 Estado de Meacutexico Meacutexico

ID 1er Autor Ernesto Valenzuela-Hermocillo ORC ID 0000-0002-1126-5835

ID 1er Coautor Juan Pacheco-Sanchez ORC ID 0000-0002-9525-5473

ID 2do Coautor Sofiacutea Rivas-Castro ORC ID 0000-0001-9278-0793

DOI 1035429JCPE20191963138 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

En este trabajo se presenta el modelamiento molecular de

un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino de

una celda de combustible de membrana de intercambio

protoacutenico (PEMFC) en la cual interacciona platino (Pt)

como catalizador soportado en carboacuten activado (CA) con

hidroacutegeno molecular (H2) con el fin de romperlo o

ionizarlo Se analiza la adsorcioacuten que existe entre CA y Pt

como aacutetomo o como una estructura superficial

FCC(cuacutebica centrada en las caras) miacutenima para observar

si existe alguna diferencia entre carboacuten activado y sin

activar en la reaccioacuten Pt-H2 Usando caacutelculos cuaacutenticos de

la Teoriacutea del Funcional de la Densidad (DFT) se investigoacute

la adsorcioacuten y el efecto del carboacuten activado sobre platino

empleando distintas estructuras de carboacuten y de platino

Nuestros resultados muestran que los carbones activados

proporcionan un soporte estable para los catalizadores de

platino teniendo en cuenta que el CA presenta un pozo de

energiacutea potencial menor para adsorber el platino

(fisisorcioacuten) en cambio un Carboacuten sin activar presenta un

pozo de energiacutea potencial mayor (quimisorcioacuten)

DFT Carboacuten Activado Soporte de Platino

Abstract

In this paper we present the molecular modeling of an

activated carbon anode as platinum support of a proton

exchange membrane fuel cell (PEMFC) in which

platinum (Pt) interacts as a catalyst supported in activated

carbon (CA) with molecular hydrogen (H2) in order to

break it or ionize it The adsorption between CA and Pt is

analyzed as an atom or as a minimum FCC(face-centered

cubic) surface structure to observe if there is any

difference between activated and non-activated carbon in

the Pt-H2 reaction Using quantum calculations of the

Density Functional Theory (DFT) the adsorption and the

effect of activated carbon on platinum were investigated

using different carbon and platinum structures Our results

show that the activated carbons provide a stable support

for the platinum catalysts taking into account that the CA

presents a well of lower potential energy to adsorb the

platinum (physisorption) whereas an activated carbon has

a potential energy well major (chemisorption)

DFT Activated Carbon Platinum Support

Citacioacuten VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado

molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT Revista de Energiacutea Quiacutemica

y Fiacutesica 2019 6-19 31-38

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico neto_alexhotmailcom)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

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Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

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Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El actual uso excesivo de combustibles foacutesiles ha

ocasionado el aumento de las emisiones de

contaminacioacuten ambiental asiacute como la creciente

demanda energeacutetica a nivel mundial han

provocado la necesidad de disentildear e investigar

nuevas fuentes alternas para producir energiacutea

eleacutectrica de manera maacutes eficiente y amigable con

el medio ambiente (Appleby A J 1996) Las

celdas de combustible de hidroacutegeno tipo

membrana de intercambio de protones(PEM)

pueden convertir de manera eficiente la energiacutea

quiacutemica en electricidad con el agua como uacutenico

subproducto (Barreras F and Lozano A

2012)

Las fuentes de energiacutea renovables en el

futuro todaviacutea pueden requerir que la energiacutea se

almacena como combustibles liacutequidos para el

transporte El carboacuten activado como soporte de

catalizadores (platino paldio niquel) altamente

selectivos eficaces y robustos son de

importancia pueden llegar a cumplir con este

desafiacuteo y son un aacuterea activa de investigacioacuten

(Valenzuela A 2016)

El carboacuten activado se caracteriza por su

estructura porosa bien desarrollada lo que le

confiere una elevada superfice y capacidad de

adsorcion (Stoeckli F 1990 Molina S M

Rodriacuteguez F Caturla F Selleacutes M J 1995) En

las uacuteltimas deacutecadas se han estudiado materiales

carbonos que pueden ser utilizados tanto en

sensores electroquiacutemicos como soporte

(electrodo) de catalizadores (platino) en celdas

de combustible (Litster S Mclean G 2004

Kim M Park JN Kim H Song S Lee W-

H 2006)

El objetivo de la investigacioacuten es analizar

y comparar los datos teoacutericos con los

experimentales de las reacciones que suceden en

un electrodo de una celda de combustible y

poder proponer nuevos materiales como es el

caso del carboacuten activado como soporte de

catalizadores para la construccioacuten de las mismas

celdas y que estas tengan una mayor eficiencia

En los estudios teoacutericos de la interaccioacuten

platino-carboacuten activado no son muy frecuentes

por lo tanto tenemos que estudiar para entender

claramente la mayor parte posible sus

mecanismos de reaccioacuten Esto se persigue con la

intencioacuten de construir un electrodo de una celda

de combustible

Mediante el uso de la teoriacutea funcional de

la densidad (DFT) (Parr R Yang W 1989) Se

analizaraacute la adsorcioacuten de distintas estructuras de

carboacuten y carboacuten activado sobre el platino Para

llegar a la energiacutea de disociacioacuten entre dos

aacutetomos hay dos maneras La fisisorcioacuten

(adsorcioacuten fiacutesica) se produce una interaccioacuten de

van der Waals estas son de largo alcance pero

son deacutebiles La fisisorcioacuten se puede medir

registrando el incremento de temperatura de una

muestra de capacidad caloriacutefica conocida siendo

los valores normales de alrededor de 20 kJmol

En la quimisorcioacuten (adsorcioacuten quiacutemica)

se produce una unioacuten formando un enlace

quiacutemico normalmente covalente teniendo a

buscar posiciones que maximicen su nuacutemero de

coordinacioacuten con el sustrato La quimisorcioacuten

son mucho mayores que las de fisioadsorcioacuten

estando alrededor de los 200 kJmol (Atkins P

Friedman R 2005) La distancia entre los

aacutetomos es tambieacuten mucho menor en la

quimisorcioacuten que en la fisisorcioacuten Las energiacuteas

de fisisorcioacuten y quimisorcioacuten que se calcularon

estaacuten presentes en el documento y se

compararaacuten con los datos teoacutericos y

experimentales

Metodologiacutea a desarrollar

Investigamos las interacciones del carboacuten y

carboacuten activado como soporte de aacutetomos de

platino variando las estructuras de carboacuten

(Anillo de 6 carbonos anillo activado de 6

carbonos Grafeno y Grafeno activado) a traveacutes

del programa de estructura electroacutenica DFT

propuesto por Delley (Delley B Ellis D

Freeman A and Baerends E 1983) Se utilizoacute

un funcional de tipo local para el potencial de

intercambio y correlacioacuten este funcional

propuesto por Perdew-Wang (PWC) (Perdew

JP and Wang Y 1992) de la Aproximacioacuten de

densidad local(LDA) (Von Barth U Hedin L

1972) incluyendo la polarizacioacuten de spin

(Oliver G L Perdew J P 1979)

Los sistemas en estudio se corrieron

utilizando los caacutelculos de spin no restringidos

all electroacuten y un conjunto de base de tipo

DND(doble numeacuterical + d-DNP) el tamantildeo del

conjunto de bases DND es comparables a los

conjunto Gaussian 6-31G ademaacutes se incluyen

los caacutelculos de campo autoconsistente (SCF)

(Atkins PW 1999)

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Las modelaciones iniciaron con sistemas

pequentildeos de aacutetomos de platino (Pt) y aacutetomos de

carboacuten (C) y se fue aumentando el numero de

aacutetomos C (Placa de grafeno) y a su vez los

aringtomos de Pt (Estructura FCC de platino) en el

plano [111] encontrando las distancias de

interaccioacuten y energiacuteas de equilibrio y asiacute

construir las curvas de energiacutea potencial y poder

analizar el efecto que causa el carboacuten activado

sobre el platino (la adsorcioacuten del sistema) Las

estructuras que se emplearon fueron activadas

con hidroacutexido de potasio (KOH) para el anillo y

cloruro de zinc (Cl2Zn) para la placa de grafeno

(Rivas SF Pacheco JH 2016 Pacheco-

Saacutenchez J H Zaragoza-Rivera I P and

Bravo-Ortega A A 2016)

Resultados

El sistema de estudio se enfocoacute en analizar el

efecto que causa el carboacuten activado sobre el

platino se utilizoacute carboacuten activado obtenido

mediante activacioacuten quiacutemica los agentes

activantes que se usaron para activar fueron

KOH y Cl2Zn obtenido en simulaciones

moleculares ( Rivas SF Pacheco JH 2016

Pacheco-Saacutenchez J H Zaragoza-Rivera I P

and Bravo-Ortega A A 2016) Como dato de

partida para nuestra investigacioacuten se tiene que la

energiacutea experimental de interaccioacuten Pt-C es de

628 eV (Atkins PW 1999) lo que equivale a

14482 Kcalmol Por lo que con esta

informacioacuten y apoyaacutendonos de la teoriacutea de los

funcionales de la densidad se inicio la

investigacioacuten buscando cual aproximacioacuten y que

funcional se aproximara a este dato

experimental

Interaccioacuten del sistema C6 y C6A con un

aacutetomo de platino

En las simulaciones de las interacciones C6A-Pt

(Figura 1) y la C6-Pt (Figura 2) encontramos que

las distancias interatoacutemicas del C6 y C6A son

similares ya que el C6 tiene sus enlaces de 1331

Aring y las del C6A oscila entre los 1333 Aring y 1423

Aring

Figura 1 Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6 A-Pt

Figura 2 Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6-Pt

En cuanto a la energiacutea de equilibro

encontramos que se necesita -986053 Kcalmol

para formar la moleacutecula C6A-Pt y la moleacutecula

C6-Pt necesita -983141 Kcalmol y la distancia

de la moleacutecula C6A-Pt es de 2742 Aring la cual es

mayor que la de la moleacutecula C6-Pt que tiene

2582 Aring y el tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial es de -25182 Kcalmol (Graacutefico 2)

para la moleacutecula C6-Pt y de -19511

Kcalmol(Graacutefico 1) para la moleacutecula C6A-Pt

Graacutefico 1 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6A-Pt

Graacutefico 2 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6Pt

Ener

giacutea

(K

cal

mol)

Distancia (Å)

En

ergiacutea

(K

cal

mol)

Distancia (Å)

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Por lo que nos damos cuenta que a pesar

de que la energiacutea y la distancia de la moleacutecula

C6A-Pt es maacutes grande se tiene un tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial menor que el de la

moleacutecula C6-Pt lo que nos indica que la

adsorcioacuten del C6A sobre Pt tiende a una

fisisorcioacuten y C6-Pt tiende a una quimisorsioacuten

Interaccioacuten perpendicular de la moleacutecula de

Hidroacutegeno y un aacutetomo de platino

Para encontrar la energiacutea del hidroacutegeno se

realizoacute la simulacioacuten del sistema Pt-H2 para

romper el enlace de la moleacutecula de hidroacutegeno

(H2) para ello se colocoacute la moleacutecula de

hidroacutegeno y a un aacutetomo de platino a una

distancia de 1335 Aring del centro del aacutetomo de

platino a cada uno de los aacutetomos de hidroacutegeno

(H) con una distancia interatoacutemica de la

moleacutecula de hidroacutegeno de 07 Aring (Figura 3 )

Figura 3 Sistema Pt-H2

Despueacutes de la optimizacioacuten geomeacutetrica

del sistema Pt-H2 se encontroacute que el punto de

equilibrio estaacute a una distancia de 1808 Aring y una

energiacutea de -1833 kcalmol (Figura 4a) Se le

realizoacute el caacutelculo de conectividad y se rompioacute el

enlace de los aacutetomos de hidroacutegeno y cada uno de

los aacutetomos de hidroacutegeno se enlazaron al aacutetomo

de platino (Figura 4b )

a) b)

Figura 4 a) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema Pt-H2

b) Calculo de conectividad

Para obtener la energiacutea que genera la

moleacutecula de hidroacutegeno al romper el enlace y

tener dos aacutetomos de hidroacutegeno se calculoacute el

pozo de energiacutea potencial y para ello se fijo el

aacutetomo de platino y se fueron alejando y

acercando los aacutetomos de hidroacutegeno y se obtuvo

un tamantildeo del pozo de -22751 kcalmol

(Graacutefico 3) lo que equivale a 09865 eV

Graacutefico 3 Curva de energiacutea potencial del sistema Pt-H2

Al compara el tamantildeo de pozo de la

graacutefico 3 con el valor experimental de la

interaccioacuten Pt-H2 se encontroacute que se aproxima

ya que el valor experimental es de 2652

Kcalmol lo que equivale a 115 eV (Emrick

RM 1982)

Influencia del anillo de carboacuten en la reaccioacuten

PtH2

La influencia del C6 en la reaccioacuten Pt-H2 (Figura

5a ) se comparan los sistemas Pt-H2 y C6-Pt-H2

(Figura 5b) para ello se calcularon los puntos de

equilibrio y tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial de ambos sistemas la moleacutecula de

PtH2 se forma a una energiacutea Eeq=-1833

Kcalmol y una distancia de 1808 Aring con un

tamantildeo de pozo de -22751 kcalmol y para

formar la moleacutecula de C6-Pt-H2 se necesita una

energiacutea de Eeq=-1126490 Kcalmol a una

distancia req=1827 Aring y el tamantildeo del pozo de

energiacutea potencial es de -23301 kcalmol

(Graacutefico 4)

a) b)

Figura 5 a) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema Pt-H2

b) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6-Pt-H2

Dado que las energiacuteas del tamantildeo de

pozo de estos sistemas son casi iguales entonces

se puede dice que el C6 ademaacutes de fungir como

un mero soporte tambieacuten aporta propiedades

cataliacuteticas y la superficie de C6 no sufre

modificaciones

En

ergiacutea

(K

cal

mo

l)

Distancia

(Å)

1 2 3 4 5

-20

-10

0

10

20

Interaccioacuten Pt-H2

Ene

rgiacutea

(K

ca

lm

ol)

Distancia r(Aring)

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Graacutefico 4 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6-Pt-H2

Dado que las energiacuteas del tamantildeo de

pozo de estos sistemas son casi iguales entonces

se puede dice que el C6 ademaacutes de fungir como

un mero soporte tambieacuten aporta propiedades

cataliacuteticas y la superficie de C6 no sufre

modificaciones

Interaccioacuten del sistema estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno y estructura cristalina fcc de platino

soportada en una estructura grafeno activada

En la simulacioacuten entre la estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno (Figura 6) y estructura cristalina FCC de

platino en el plano (111) (Arenas De P H

1994) soportada en una estructura grafeno

activada (Figura 7) Para ello se encontroacute que los

puntos de equilibro de estas estructuras se

encuentran a una distancia de 2196 Aring y una

energiacutea de -5814346 kcalmol y un pozo de

potencial de -217674 Kcalmol (Graacutefico 5) y a

2956 Aring de distancia y -574173 kcalmol de

energiacutea y un pozo de potencial de -

101181Kcalmol (Graacutefico 6) respectivamente

Figura 6 Optimizacioacuten geomeacutetrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino en el plano [111] soportada en

una estructura grafeno

Graacutefico 5 Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina FCC de platino en el plano [111]

soportada en una estructura grafeno

Al hacer crecer el sistema llegamos a

estos datos donde encontramos que se necesita

menos energiacutea para formar estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno activada que la que se necesita de la

estructura cristalina FCC de platino en el plano

[111] soportada en una estructura grafeno

Figura 7 Optimizacioacuten geometrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino en el plano [111] soportada en

una estructura grafeno activado

Graacutefico 6 Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina FCC de platino en el plano [111]

soportada en una estructura grafeno activada

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia

(Å)

En

ergiacutea

(K

cal

mo

l)

Distancia

(Å)

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia (Å)

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Encontramos que el pozo de energiacutea

potencial es 50 maacutes pequentildeo en la estructura

de grafeno activada y estaacute no sufre

modificaciones superficiales comparadas con las

del grafeno sin activar Asiacute mismo la estructura

FCC de platino se desordena en presencia de

grafeno mientras que la estructura fcc de platino

en el plano [111] en presencia del grafeno

activado no sufre modificaciones estructurales

relevantes

Interaccioacuten del sistema estructura cristalina

fcc de platino soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno

La estructura cristalina FCC de platino en el

plano [111] soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno se comparoacute con el

sistema Pt-H2 Para ello se calculoacute el punto de

equilibrio de la estructura cristalina FCC de

platino soportada en grafeno con dos moleacuteculas

de hidroacutegeno

Figura 8 Optimizacioacuten geomeacutetrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno

Se encontroacute que tiene una energiacutea de

equilibrio de -6069151 kcalmol (Figura 8) y

una distancia de equilibrio de 2196 Aring entre el

grafeno y la estructura cristalina fcc de platino y

1876 Aring entre la estructura FCC de platino y una

moleacutecula de hidroacutegeno

Graacutefico 7Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina fcc de platino soportada en grafeno

con dos moleacuteculas de hidroacutegeno

Se calculo el tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial variando(alejando y acercando) la

distancia entre un aacutetomo de platino de la

estructura cristalina FCC de platino y una de las

moleacuteculas de hidrogeno y se tuvo que el tamantildeo

de pozo de energiacutea potencial (graacutefico 7) es de -

18164 Kcalmol que al compararlo con el pozo

de energiacutea potencial del sistema Pt-H2 que es de

-22751 kcalmol por lo que se dice que la

magnitud de tamantildeo de pozo se reduce en un

20 Ademaacutes el valor de -18164 Kcalmol es

igual a 078 eV lo que es aproximado al que se

obtiene de voltaje de salida en una monocelda de

combustible real (Pacheco JH Garciacutea LA

Zaragoza IP and Bravo A (2005)

Conclusiones

En este trabajo se ha estudiado la interaccioacuten

entre el platino soportado en estructuras de

carboacuten y carboacuten activado utilizando la

metodologiacutea DFT con LDA PWC

El sistema C6-Pt que tiene una magnitud

de -25182 kcalmol y corresponde al tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial tiende a una

quimisorcioacuten y el sistema C6-APt que tiene una

magnitud de -19511 kcalmol de tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial tiende a una

fisisorcion Los materiales carbonosos C6 C6A

Grafeno y Grafeno Activado influyen poco

sobre la reaccioacuten Pt-H2 ya que las magnitudes

del tamantildeo de pozo de energiacutea potencial son casi

iguales

Para las estructuras de grafeno y grafeno

activado como soportes de estructuras cristalina

de platino se encuentra que ambas corresponden

a una quimisorcioacuten por valores mayores a 50

kcalmol (Atkins PW 1999) Las estructuras

de grafeno activado no sufren modificaciones

estructurales al soportar al platino en cambio el

grafeno puro sufre un encorvamiento coacutencavo

hacia el platino

Con la estructura cristalina fcc de platino

soportado en grafeno se obtuvo que los valores

de la simulacioacuten son cercanos a un 975 a los

datos experimentales ya que DFT obtuvimos -

18164 Kcalmol equivalente a 078 eV mientras

que el experimental es 08 eV (Pacheco JH

Garciacutea LA Zaragoza IP and Bravo A

2005)

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia (Å)

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Se determina que el carboacuten activado

muestra una mejor superficie para la dispersioacuten

(adsorcioacuten) del platino con menor energiacutea de

disociacioacuten pero auacuten es elevada para que se

realice en condiciones de temperatura ambiente

Asiacute mismo se llega a concluir que el carboacuten

activado como soporte de catalizadores influye

en las reacciones electroquiacutemicas que suceden

en el aacutenodo de una celdas de combustible tipo

PEM

De acuerdo con lo anterior mencionado

el carboacuten activado como soporte de catalizadores

es un excelente material para ser empleado en las

celdas de combustible tipo PEM asiacute como

tambieacuten se podraacute utilizar en otro tipos de celdas

de combustible como son las celdas de

combustible microbianas ya que su capacidad

de adsorcioacuten ayuda a que las reacciones se lleven

acabo de mejor manera

Agradecimiento

Se le agradece al Instituto Tecnoloacutegico de

Toluca y al CONACyT por los apoyos

brindados

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39

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Junio 2019 Vol6 No19 39-43

Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio

Zinc Sulfate Optimization in benefit process

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupedagger ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-

DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

ID 1er Autor Mariacutea Guadalupe Roacho-Torres CVU CONACYT ID 964639

ID 1er Coautor Cesar Octavio Encinas-Baca CVU CONACYIT ID 103864

ID 2do Coautor Melchor Omar Grijalva-Delgado CVU CONACYT ID 360907

DOI 1035429JCPE20191963943 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

Objetivos Calcular la cantidad de reactivo de Sulfato

de Zinc que maximice el beneficio de Plomo en el

proceso de beneficio de una planta de la regioacuten sur

del estado de Chihuahua Metodologiacutea Se realizaron

pruebas con diferentes cantidades de sulfato de Zinc

sobres las cuales se calculoacute la varianza y se

determinoacute el valor promedio de beneficio de Plomo

y Zinc Luego se obtuvieron las ecuaciones que

describen el comportamiento del beneficio de los

minerales y se calcularon los valores maacuteximos o

miacutenimos respecto a la ley Se calculoacute el valor optimoacute

de sulfato y se generaron cartas de control como

seguimiento al proceso Contribucioacuten Al optimizar

y estandarizar la cantidad de sulfato de Zinc como

reactivo en el beneficio en un proceso donde se

realizaba de forma empiacuterica no soacutelo se tiene un

mayor control sobre los resultados de la ley sino que

tambieacuten se optimizan los costos considerando que el

uso del reactivo es un importante insumo para el

proceso

Optimizacioacuten Sulfatos Beneficio

Abstract

Goals Calculate the amount of Zinc Sulfate reagent

that maximizes the lead benefit in the process of

benefiting a plant in the southern region of the state

of Chihuahua Methodology Tests were carried out

with different amounts of zinc sulfate on which the

variance was calculated and the average benefit value

of Lead and Zinc was determined Then the

equations were obtained that describe the behavior of

the benefit of the minerals and the maximum or

minimum values with respect to the law were

calculated The optimized sulfate value was

calculated and control charts were generated as

follow-up to the process Contribution By

optimizing and standardizing the amount of Zinc

sulfate as a reagent in the benefit in a process where

it was performed empirically not only does it have

greater control over the results of the law but also the

costs are optimized considering that the Reagent use

is an important input for the process

Optimization Sulfates Benefit

Citacioacuten ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-DELGADO Melchor

Omar Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 39-43

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

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Cesar Octavio y GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar

Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El proceso de beneficio de los minerales es sin

lugar a dudas una de las actividades econoacutemicas

maacutes importantes de nuestro paiacutes ya que de

acuerdo con la Secretariacutea de Economiacutea la

industria minera contribuye con el 4 del PIB

nacional ademaacutes de generar maacutes de 350 mil

empleos directos y maacutes de 16 millones

indirectos (Secretaria de Economiacutea 2019) [1]

La investigacioacuten desarrollada responde a

una necesidad de la industria de beneficio

minero al optimizar la cantidad de reactivo de

Sulfato de Zinc Flottec requerida para

recuperacioacuten del Pb y Zn La importancia de la

investigacioacuten no soacutelo radica en el impacto

econoacutemico que la optimizacioacuten conlleva sino

que tambieacuten representa un punto de partida para

el desarrollo de investigaciones posteriores

respecto al uso del reactivo seguacuten las variaciones

en ley que la extraccioacuten del mineral puede

presentar

La hipoacutetesis de la investigacioacuten estaacute

centrada en la demostracioacuten estadiacutestica del

impacto de la cantidad de Sulfato de Zinc Flottec

en el porcentaje de beneficio de los minerales

En la primera seccioacuten se hace una

descripcioacuten geneacuterica de la metodologiacutea de toma

de muestras En la seccioacuten sobre la coleccioacuten de

los datos del reactivo se muestran las adiciones

del reactivo en las operaciones de molino limpia

y mixtura

En la tercera seccioacuten se hace un

comparativo de las diferentes cantidades

adicionadas de ZnSO4 y los resultados que estaacuten

generaron en los anaacutelisis quiacutemicos

Posteriormente en la seccioacuten de Anaacutelisis de

varianza se valida y demuestra estadiacutesticamente

la Hipoacutetesis que afirma que diferentes adiciones

de ZnSO4 generan diferencias significativas en

el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales

En la seccioacuten de resultados se calcula

matemaacuteticamente la cantidad de ZnSO4 que

genera el mayor beneficio de Pb Ademaacutes se

demuestra como la estandarizacioacuten de la

cantidad de reactivo utilizado no soacutelo

incrementoacute el beneficio promedio de

recuperacioacuten de Pb sino que disminuyoacute de

forma considerable la variabilidad del

porcentaje dando con ello mayor estabilidad al

proceso

Generacioacuten de muestras

Para la obtencioacuten de las muestras analizadas en

las diversas pruebas se obtuvieron 30 kg de

mineral al cual se le dieron 5 procesos de

cuarteo y una vez pulverizado se pasoacute por la

maya 100

En el molino de bolas se le dieron 20 30

40 y 50 minutos a las muestras de forma previa

a pasarse por la maya 200 hidratada Una vez

filtrado el mineral fue secado en mufla por un

tiempo de 40 minutos

Coleccioacuten de datos del reactivo

Se corrieron diversas muestras sobre la cantidad

de ZnSO4 que se adheriacutea a las celdas de plomo

generando estadiacutestica sobre

ndash Molino en la operacioacuten de molienda

ndash Limpia cuando el mineral es flotado en

las celdas

ndash Mixtura adherido a los

acondicionadores antes de pasar por la

celda

Las operaciones eran realizadas de forma

completamente empiacuterica un ejemplo de las

adiciones del reactivo llevadas a cabo en una de

las recompensas se muestran en la Tabla 1

Reactivo ZnS04 sulfuro de zinc

Dilucion 10

Adicioacuten de reactivo en proceso

HR Molino Limpia Mixtura

0800 3500 1200 360

0900 3500 1200 400

1000 3600 1200 360

1100 3500 1200 360

1200 3500 1250 360

1300 3600 1200 360

1400 3500 1200 360

Promedio 35285714 12071429 3657143

Tabla 1 Ejemplo de adiciones de ZnSO4

Fuente Elaboracioacuten Propia

Asiacute el caacutelculo de las adiciones se generoacute

en 30 muestras a fin de lograr hacer un

comparativo una vez que se cuente con el caacutelculo

de la cantidad de sulfato oacuteptimo a ser adicionado

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Muestreo del Sulfato de Zinc

Se realizaron 30 muestras con la adicioacuten desde

1000 hasta 2000 grston en intervalos de 250

grston generando el certificado de anaacutelisis

quiacutemico de cada uno de ellos a fin de realizar un

comparativo del beneficio de los minerales

Un ejemplo de los certificados generados

en cada muestra se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Ejemplo de certificado de anaacutelisis quiacutemico

Fuente Planta de Beneficio

Anaacutelisis de Varianza para los muestreos

A fin de validar cada una de las muestras

tomadas con las diferentes adiciones se realizoacute

un anaacutelisis de varianza ya que acuerdo con

Montgomery (2013) [2] el Anaacutelisis de Varianza

o ANOVA permite resolver estos casos en

donde una variable x tiene a tratamientos de

forma que evaluando el porcentaje de Zn y Pb

obtenido ya que son los minerales de mayor

importancia para el resultado del proceso del

beneficio La tabla 3 muestra los datos

colectados donde en la primera fila se muestran

los grston de ZnSO4 que se adicionaron y en las

siguientes filas se muestra el porcentaje de Pb

beneficiado

2000 1750 1500 1250 1000

77 81 82 82 78

82 78 79 81 75

75 82 81 82 81

80 88 87 86 83

78 84 86 87 82

79 91 92 88 84

Tabla 3 Datos colectados de porcentaje de Pb beneficiado

con diferentes adiciones de ZnSO4

Fuente Elaboracioacuten Propia

Mediante el uso del software Minitab se

realizoacute el ANOVA obteniendo la informacioacuten

mostrada en la Figura 1

Null hypothesis

All means are equal

Analysis of Variance

Source DF Adj SS Adj MS F-Value

Factor 4 1771 4428 308

Error 25 3598 1439

Total 29 5370

Figura 1 ANOVA para muestras de Pb

Fuente Elaboracioacuten Propia

El valor de la F teoacuterica con un nivel de

confianza de 95 es de 2759 Por lo tanto se

rechaza Ho y las diversas adiciones producen

diferencias significativas en el beneficio de

Pb El anaacutelisis ANOVA para el beneficio de Zn

en base a la adicioacuten de ZnSO4 se muestra en la

Figura 2

Analysis of Variance

Source DF Adj SS Adj MS F-Value

Factor 4 32880 82200 7339

Error 25 2800 1120

Total 29 35680

Figura 2 ANOVA para muestras de Zn

Fuente Elaboracioacuten Propia

Al igual que en el beneficio de Pb se

rechaza Ho y las diversas adiciones producen

diferencias significativas en el beneficio de

Zn

Resultados

A partir de los promedios de los resultados de

porcentajes beneficiados de Pb se graficoacute y se

encontroacute la ecuacioacuten que describe su

comportamiento y se muestra en la Grafica 1

Reactivos Circuito de Pb

ZnSO4 flottec 2000 grston

Mixtura ZnSO4 flottec NaCn 200 grston

Aherophine 3418 15 grston

Espumante 834 16 grston

Xantato 343 10 grston

Descripcioacuten Peso gr Au Ag Pb

R-5584 Conc Pb 341 66 643 67

Medios Pb 1069 17 121 78

Cola Pb 859 03 22 08

Cabeza calculada 07 54 38

549 591 790

R-5584 Zn Fe

Conc Pb 341

Medios Pb 1069 35 2

Cola Pb 859 79 55

Cabeza calculada 56 43

Recuperacioacuten 30 11

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Grafica 1 Ecuacioacuten de de beneficio de Pb

Fuente Elaboracioacuten Propia

Asiacute la ecuacioacuten que describe el

comportamiento del beneficio del Pb teniendo

como variable independiente (x) los gramos de

ZnSO4 adicionados es

119889119890 119861119890119899119890119891119894119888119894119900 119875119887 =

minus0000021199092 + 00607 119909 + 40463 (1)

De la cual por maacuteximos y miacutenimos se

obtiene

yacute= - 000004x + 00607 (2)

donde x= 1518 grston de ZnSO4 Flottec que

deben ser adicionados para obtener el beneficio

optimo estimado en un promedio de 865

El grafico que describe el

comportamiento del beneficio del Zn se muestra

en la Grafica 2

Grafica 2 Ecuacioacuten de de beneficio de Zn

Fuente Elaboracioacuten Propia

119889119890 119861119890119899119890119891119894119888119894119900 119885119899 =

minus00000091199092 + 00178 119909 + 2757 (3)

Al igual que lo planteado con la ecuacioacuten

1 por maacuteximos y miacutenimos se obtiene que x= 988

grston de ZnSO4 Flottec que deben ser

adicionados para obtener el beneficio oacuteptimo de

1155

Sin embargo dado que la desviacioacuten

estaacutendar es mayor en el beneficio del Zn y que el

Pb produce una mayor compensacioacuten

econoacutemica se decidioacute enfocar la los resultados

de la investigacioacuten en el beneficio optimo en

base al Pb

Una vez que se estandarizoacute la adicioacuten del

ZnSO4 Flottec se elaboraron cartas de control en

base al beneficio de Pb en 20 muestras La

Grafica 3 arroja los resultados de las muestras

tomadas al inicio de la investigacioacuten mientras

que la Grafica 4 muestra datos posteriores a la

estandarizacioacuten

Grafica 3 Carta de Control de las muestras con adicioacuten de

ZnSO4 aleatorio

Fuente Elaboracioacuten Propia

Grafica 4 Carta de Control de las muestras con adicioacuten de

ZnSO4 estandarizado

Fuente Elaboracioacuten Propia

Ademaacutes la desviacioacuten estaacutendar

disminuyoacute de 4303 a 1927 con lo cual la

variacioacuten del beneficio es menor

Conclusiones

A partir de los resultados obtenidos se

desprenden una serie de contribuciones en el

proceso de recuperacioacuten de los minerales

analizado

y = -2E-05x2 + 00607x + 40463

Rsup2 = 09668

78

79

80

81

82

83

84

85

86

0 500 1000 1500 2000 2500

y = -9E-06x2 + 00178x + 27571

Rsup2 = 09717

0

2

4

6

8

10

12

14

0 500 1000 1500 2000 2500

28252219161310741

95

90

85

80

75

70

Observation

Ind

ivid

ual

Valu

e

_X=8237

UCL=9291

LCL=7182

I Chart of Pb

191715131197531

92

90

88

86

84

82

80

Observation

Ind

ivid

ual

Valu

e

_X=8585

UCL=9145

LCL=8025

I Chart of Pb Estandarizado

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Por una parte el calcular la cantidad

optima de ZnSO4 permitioacute obtener el porcentaje

de recuperacioacuten maacutes alto de Pb Ademaacutes generoacute

un proceso maacutes estable al estandarizar la

operacioacuten

Con ello el costo del reactivo disminuyoacute

al evitar la aleatoriedad que de forma empiacuterica

generaba la adicioacuten del reactivo Ademaacutes el

mantener un proceso de beneficio maacutes estable

contribuye a que la planta tenga una mayor

certeza en los caacutelculos de su capacidad de

produccioacuten ya que si bien dada la misma

naturaleza del proceso de extraccioacuten existe una

variabilidad inherente contar con un caacutelculo

exacto permite proveer una mayor certeza

Como recomendacioacuten es importante

considerar que el caacutelculo de la cantidad oacuteptima

de ZnSO4 Flottec debe realizarse de forma

perioacutedica bajo la metodologiacutea ya establecida

Asiacute la cantidad se ldquoajustarardquo seguacuten las

variaciones en ley de las extracciones

Por otro lado la posibilidad de mejora de

la investigacioacuten radica en encontrar la cantidad

optima de ZnSO4 Flottec a adicionar

considerando tanto el beneficio del Pb como el

de Zn para lo cual deben considerarse los

valores de venta de los minerales como

funciones a optimizar y las adiciones como

restricciones del sistema

Referencias

[1]Secretaria de Economiacutea (2019) El sector

minero-metaluacutergico en Meacutexico contribuye con el

4 por ciento del Producto Interno Bruto

nacional Recuperado el 06 de Junio de 2019 a

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y-programasmineria

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New York September 1950 pp 1-140

Azantildeero Ortiz Aacutengel Modelos matemaacuteticos

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pruebas de laboratorio En Revista del Instituto

de Investigacioacuten de la FGMMCG-UNMSM vol

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Espejo R amp Marcelino G (2019) Estudio

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Huerta Solano C R (2019) Evaluacioacuten del

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SantaFilomena II de la empresa Sotrami SA

Pacho A amp Carlos J (2019) Optimizacioacuten del

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Riacuteo Wuumlrttole Justo Felipe Meacutetodo de

produccioacuten y anaacutelisis quiacutemico y fiacutesico del plomo

y sus oacutexidos Tesis Facultad de Ingenieriacutea

Quiacutemica UNMSM Lima1982 pp10-30

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Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremado

Effect of the addition of inulin on the physicochemical properties of skimmed panela

cheese

AGUILAR Mariacuteadagger CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

ID 1er Autor Mariacutea Aguilar ORC ID 0000-0001-7727-3996 Researcher ID Thomson S-8519-2018 CVU CONACYT

ID 476294

ID 1er Coautor Joseacute Carranza ORC ID 0000-0003-3345-5987 CVU CONACYT ID 177857 SNI nivel 1

ID 2do Coautor Mariacutea Bermuacutedez

ID 3er Coautor Carlos Romo ORC ID 0000-0002-4410-7470 CVU CONACYT ID 275499

DOI 1035429JCPE20191964451 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

El objetivo de esta investigacioacuten fue analizar como la

inulina en concentraciones de 1 2 3 4

afecta la composicioacuten fisicoquiacutemica del queso panela

tipo descremado Los quesos panelas se elaboraron

en el Taller de Laacutecteos del Aacuterea de Tecnologiacutea de

Alimentos de la Universidad Autoacutenoma de

Aguascalientes (UAA) Los anaacutelisis fisicoquiacutemicos

de pH humedad cenizas soacutelidos totales y grasa se

realizaron el Laboratorio de Control de Calidad del

Centro de Ciencias agropecuarias de la misma

universidad de acuerdo a los meacutetodos de las Normas

mexicanas Para el anaacutelisis estadiacutestico se realizoacute

anaacutelisis de la varianza (ANOVA) de una viacutea

Mediante el anaacutelisis de comparacioacuten muacuteltiple Tukey

(plt005) Empleando el programa estadiacutestico

Statgraphics Centurion XV De acuerdo a los

resultados obtenidos se observoacute que la inulina

modificoacute el pH humedad cenizas y soacutelidos totales

del queso panela descremado desde concentraciones

al 1

Queso Inulina Composicioacuten Fisicoquiacutemica

Abstract

The objective of this investigation was to analyze

how inulin affects concentrations of 1 2 3

4 the physicochemical composition of panela

cheese The panela cheese was made in the Dairy

Workshop of the Food Technology Area of the

Autonomous University of Aguascalientes (UAA)

The physicochemical analyzes of pH humidity

ashes total solids and fat specifically the Quality

Control Laboratory of the Center of Agricultural

Sciences of the same university according to the

methods of the Mexican Standards For the statistical

analysis the analysis of the variance (ANOVA) of a

pathway was performed Using Tukey multiple

comparison analysis (p lt005) Using the statistical

program Centurioacuten XV Statistics According to the

results detected inulin was modified it changed the

pH humidity ashes and total solids of skimmed

panela cheese from 1

Cheese Inulin Physicochemical composition

Citacioacuten AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en

las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 44-51

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico mmaguilacorreouaamx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

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AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO

Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

2019

Introduccioacuten

De acuerdo a la Norma Oficial Mexicana NOM-

155-SCFI-2012 la leche se define como el

producto obtenido de la secrecioacuten de las

glaacutendulas mamarias de las vacas

En cuanto a su produccioacuten mundial

Meacutexico es considerado uno de los principales

productores el Servicio de Informacioacuten

Agroalimentaria y Pesquera (SIAP) en el 2016

informoacute que tres de cada cien litros que se

producen en el mundo son de origen mexicano

Para el antildeo 2025 se preveacute que la produccioacuten

mundial aumentaraacute 177 millones de toneladas

con una tasa de crecimiento promedio del 18

por antildeo en los proacuteximos 10 antildeos Durante el

mismo periodo se pronostica que el consumo

per caacutepita de productos laacutecteos incrementara un

08 y 17 por antildeo en los paiacuteses en desarrollo

y entre 05 y 11 en los paiacuteses desarrollados

(FAO 2016)

En relacioacuten a su valor nutricional la

leche y los productos laacutecteos constituyen un

grupo de alimentos con un importante aporte de

proteiacutenas (muy digeribles de alto valor

bioloacutegico) ricos en calcio foacutesforo y selenio y asiacute

como diversas vitaminas como vitamina A B1

B2 y B12 y en menor cantidad contienen B6 B3

B8 (Milke 2011) Aunque su composicioacuten

quiacutemica puede variar en funcioacuten de la etapa en la

que se encuentre la vaca (Badui 2012)

La importancia de la leche y sus

derivados es evidente para mantener un buen

estado de salud en cualquier etapa de la vida es

por esto que los productos laacutecteos estaacuten

recibiendo mayor atencioacuten debido a que estos

alimentos son ricos en nutrientes ademaacutes de ser

excelente vehiacuteculo para los llamados alimentos

funcionales Un ejemplo son los quesos

(Bautista 2014)

Los quesos se definen como productos

elaborados con la cuajada de leche estandarizada

y pasteurizada de vaca o de otras especies

animales Existen 3 tipos de quesos de acuerdo a

su clasificacioacuten por proceso fresco madurado o

procesado (Norma Oficial Mexicana NOM-

121-SSA1-1994) El queso panela por su alto

contenido de humedad corteza y su periodo de

vida de anaquel corto es considerado un queso

fresco

La industria de productos laacutecteos realiza

pruebas fisicoquiacutemicas en el queso para verificar

la calidad del producto y analizar como la

adicioacuten de alguacuten aditivo modifica su

composicioacuten Entre las pruebas que se incluyen

son el pH humedad cenizas solidos totales y

grasa

El pH funciona como indicador de la

actividad de las bacterias mesoacutefilas y termoacutefilas

Al medir el pH se asegura que la cuajada fresca

esteacute en el camino correcto para convertirse en

queso (Mullen 2018) En cuanto a la humedad

la NMX-F-083-1986 la define como la peacuterdida

en peso que sufre un alimento al someterlo a las

condiciones de tiempo y temperatura prescritos

Respecto al anaacutelisis de soacutelidos totales este

incluye el valor de proteiacutenas cenizas lactosa y

grasa El meacutetodo que propone la NMX-F-111-

1984 para realizarlo es el gravimeacutetrico sin

embargo tambieacuten puede ser calculado por

diferencia del contenido de humedad

Asimismo la NMX-F-100-1984

establece el procedimiento para determinar la

grasa butiacuterica en quesos por el meacutetodo de

Gerber-Van Gulik este consiste en la digestioacuten

parcial de los componentes del queso excepto la

grasa en aacutecido sulfuacuterico Emplea alcohol

isoamiacutelico para ayudar a disminuir la tensioacuten en

la interface entre la grasa y la mezcla en reaccioacuten

(aacutecido sulfuacuterico-leche) lo que facilita el ascenso

de los gloacutebulos pequentildeos de grasa por

centrifugacioacuten El alcohol isoamiacutelico reacciona

con el aacutecido sulfuacuterico formando un eacutester que es

completamente soluble en dicho aacutecido Por otro

lado las cenizas representan el contenido en

minerales del alimento en general las cenizas

suponen menos del 5 de la materia seca de los

alimentos (Maacuterquez 2014) El meacutetodo que

propone la NMX-F-094-1984 es el gravimeacutetrico

El queso contiene la mayoriacutea de los

nutrientes de la leche con excepcioacuten de la lactosa

y algunas vitaminas hidrosolubles (Baro et al

2010) Pero en general la cantidad de fibra que

aporta el queso panela y los laacutecteos es muy baja

o nula

La NOM-043-SSA2-2012 define a la

fibra como la parte comestible de las plantas o

hidratos de carbono anaacutelogos que son resistentes

a la digestioacuten y la absorcioacuten en el intestino

humano y que sufren una fermentacioacuten total o

parcial en el intestino grueso

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Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

2019

La fibra dieteacutetica se divide en soluble e

insoluble Algunos tipos de fibra soluble son las

pectinas gomas mucilagos e inulina Por el

contrario la celulosa hemicelulosa y lignina son

consideradas fibra insoluble

En particular la inulina es un

polisacaacuterido no digerible el cual estaacute constituido

por moleacuteculas de fructosa unidas por enlaces β-

(2-1) fructosil-fructosa siendo el teacutermino

fructanos usado para denominar este tipo de

compuestos Dada su configuracioacuten quiacutemica los

fructanos no pueden ser hidrolizados por las

enzimas digestivas humanas por lo que

permanecen intactos en su recorrido por la parte

superior del tracto gastrointestinal no obstante

son hidrolizados y fermentados en su totalidad

por las bacterias de la parte inferior del tracto

gastrointestinal (intestino grueso coloacuten) De esta

manera este tipo de compuestos se comportan

como fibra dieteacutetica (Lara 2011)

Ademaacutes en el ramo industrial la inulina

se emplea en la fabricacioacuten de distintos

productos alimenticios en laacutecteos se utiliza

como emulsificante sustituto de azuacutecares y

grasas proporcionar sinergismo con

edulcorantes para dar cuerpo y palatabilidad y

formar gel (Urango 2012)

Por lo que enriquecer productos laacutecteos

como el queso panela con inulina podriacutea

beneficiar auacuten maacutes su contenido nutrimental y

beneficiar la ingesta de fibra en la poblacioacuten en

general Ademaacutes el adicionar inulina

favoreceriacutea la demanda de los consumidores

actuales los cuales buscan alimentos con

miacutenimo procesamiento y maacutes naturales (Peralta

2014) Sin embargo primero es necesario

conocer como la inulina modifica la humedad

cenizas pH soacutelidos totales y grasa del queso

tipo panela descremado

El objetivo general de esta investigacioacuten

fue analizar como la inulina en concentraciones

de 1 2 3 4 afecta la composicioacuten

fisicoquiacutemica del queso panela tipo descremado

Objetivos especiacuteficos

ndash Realizar anaacutelisis fisicoquiacutemicos de pH

humedad soacutelidos totales cenizas grasa

en los diferentes quesos y el control

ndash Determinar que concentracioacuten de inulina

(1 2 3 4 ) tuvo mayor impacto

en las propiedades fisicoquiacutemicas del

queso panela

Metodologiacutea a desarrollar

Materia prima

Para la elaboracioacuten del queso panela enriquecido

con inulina se utilizoacute leche bronca obtenida del

Centro de Ciencias Agropecuarias de la

Universidad Autoacutenoma de Aguascalientes

(UAA) La inulina de agave marca Enature se

adquirioacute en un supermercado de la ciudad de

Aguascalientes en febrero 2018 El cloruro de

calcio y el cloruro de sodio se obtuvieron del

Taller de laacutecteos del Aacuterea de Tecnologiacutea de

Alimentos de la UAA

Localizacioacuten

Los quesos panela enriquecidos con inulina y el

control fueron elaborados en el Taller de Laacutecteos

del Aacuterea de Tecnologiacutea de Alimentos los

anaacutelisis fisicoquiacutemicos se hicieron en el

Laboratorio de Control de Calidad del

Departamento de Tecnologiacutea de Alimentos

Estudio del proceso de elaboracioacuten de queso

panela y adicioacuten de inulina

Para realizar el queso panela con el diferente

contenido de inulina se estudioacute el proceso de

elaboracioacuten propuesto por el manual de la

SAGARPA (2015) Respecto a la inulina esta se

antildeadioacute antes de la coagulacioacuten como lo hizo

Gavilanes y German en el 2011 en un queso

crema y en la investigacioacuten de Ramiacuterez y Ponce

en el 2014 con un queso fresco donde

manifiestan que si la inulina estaacute presente

durante el proceso de coagulacioacuten puede formar

parte de la red estructural de proteiacutenas por la

unioacuten con agregados de la proteiacutena

Realizacioacuten de los quesos (control e inulina al

12 3 4)

La figura 1 muestra el diagrama de flujo que se

utilizoacute para la elaboracioacuten y los anaacutelisis

correspondientes de los quesos panelas con

inulina y control

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2019

Figura 1 Diagrama de flujo de la elaboracioacuten de los

quesos panela enriquecidos con inulina y control

Anaacutelisis fisicoquiacutemicos de los quesos

enriquecidos con inulina y el control

Respecto a los anaacutelisis fisicoquiacutemicos del queso

control y los quesos con inulina el pH se

determinoacute de acuerdo a la N M X-F-099-1970

con un pH-metro marca Hanna Hi 98163 El

contenido de humedad se realizoacute concorde a la

NMX-F-083-1986 para pesar los crisoles se

utilizoacute la balanza analiacutetica marca AampD GR 200

El porcentaje de cenizas fue conforme a la

NMX-F-094-1984 de igual manera los crisoles

se pesaron en la balanza analiacutetica marca AampD

GR 200 El contenido de soacutelidos totales de los

quesos panela se calculoacute por diferencia del

contenido de humedad ST=100 - humedad

Finalmente el anaacutelisis de grasa en los quesos se

hizo de acuerdo a la NMX-F-100-1984

Anaacutelisis estadiacutestico

Se realizoacute el anaacutelisis de la varianza (ANOVA) de

una viacutea En caso de que existieran diferencias

significativas se aplicoacute el anaacutelisis de

comparacioacuten muacuteltiple Tukey (plt005)

Empleando el programa estadiacutestico Statgraphics

Centurion XV

Resultados

En la tabla 1 se presentan los resultados de los

anaacutelisis fisicoquiacutemicos de las muestras de queso

y del control

Queso

panela

Ph Humedad

()

Cenizas

()

Soacutelidos

totales

()

Grasa ()

1 de

inulina

638plusmn001

a

6210plusmn053

a

337plusmn085

a

3790plusmn053

b

367plusmn029

bc

2 de

inulina

646plusmn001

c

6280plusmn036

ab

334plusmn005

a

3720plusmn036

ab

400plusmn000

c

3 de

inulina

644plusmn001

bc

6304plusmn073

ab

344plusmn013

a

3696plusmn073

ab

350plusmn000

b

4 de

inulina

643plusmn001

b

6411plusmn032

b

331plusmn004

a

3589plusmn032

a

300plusmn000

a

Control 645plusmn001

bc

6143plusmn127

a

358plusmn017

a

3857plusmn127

b

400plusmn000

a

Tabla 11 Resultados de las propiedades fisicoquiacutemicas de

los quesos panela con inulina y control (media y

desviacioacuten estaacutendar)

Diferentes letras en minuacutescula dentro de

las columnas indican diferencian significativas

(Tukey p=005)

pH

En cuanto al pH de las muestras de queso estas

se mantuvieron entre 638 y 646 (Graacutefico 1)

encontraacutendose diferencias estadiacutesticamente

significativas (ple005) seguacuten el ANOVA Los

quesos enriquecidos con inulina y control

mostraron un pH maacutes alto en comparacioacuten con

la NMX-F-092-1970 la cual refiere que el pH de

los quesos procesados tipo 1 (quesos procesados

para rebanar o cortar) deben tener un maacuteximo de

6

Sin embargo los valores de pH de los

cinco quesos coinciden con los del estudio de

Ramiacuterez y Veacutelez (2012) en quesos panela de

Meacutexico los cuales se encuentran entre 56 y 64

Estos resultados no coinciden con el estudio del

efecto de la adicioacuten de cultivo laacutectico e inulina

en la elaboracioacuten y evaluacioacuten sensorial del

queso fresco bajo en grasa por Ramiacuterez y Ponce

en el 2014 donde el pH no se modificoacute al agregar

la inulina al queso ademaacutes es conveniente aclarar

que en esta investigacioacuten no se adicionoacute cultivo

laacutectico

Graacutefico 1 Media y desviacioacuten estaacutendar del pH de los

quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Recepcioacuten Anaacutelisis

organoleacutepticoFiltrar

Precalentar a 38degC

DescremarAnaacutelisis

fisicoquiacutemicos

Pasteurizar a 72deg C por 15

segundos

Enfriar a 38degC

Separarla en ollas

Agregar inulina cuajo

y calcio

Agitar mezcla

Reposar 20-30 min

Trabajo mecaacutenico con

lira

Reposar 5-10 min

Calentar cuajo a 38deg

CSalar

Moldeado en canastas

Voltear a los 20 min

Reposar 2 horas

Empacar

RefrigerarAnaacutelisis

fisicoquiacutemicos

63

64

64

65

65

1 2 3 4 Control

pH

bcc

a

bbc

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2019

Humedad

Con respecto al porcentaje de humedad ( Xw)

el graacutefico 2 muestra valores de 6143 a 6411

estando por encima de lo recomendado por la

NMX-F-092-1970 para quesos procesados tipo I

(valor maacuteximo 45 ) Por su parte Ramiacuterez y

Veacutelez (2012) obtuvieron valores de humedad del

orden de 532 y 583 en quesos panela Sin

embargo coincide en la investigacioacuten de

ldquoTextura y microestructura de quesos tipo

panela bajos en grasa y en colesterolrdquo por

Lobato Lozano y Vernon en el 2009 donde los

quesos panelas estuvieron en un rango de 605

a 669 Tambieacuten con la investigacioacuten de

Castro (2014) en la cual se adiciono un dextrano

a un queso de pasta hilada semigraso

observando que a mayor concentracioacuten del

dextrano el queso incrementaba su humedad

Concluyendo que cuando se antildeade mayor

cantidad de inulina aumenta el porcentaje de

humedad del queso panela esto concuerda con

el estudio de Monroy et al (2017) en el cual

elaboraron un queso anaacutelogo con proteiacutenas

exclusivas de lactosuero e inulina sus resultados

indicaron que el queso que conteniacutea prebioacutetico

tuvo mayor contenido de humedad La humedad

de los quesos puede deberse a que la inulina tiene

efectos sobre las propiedades reoloacutegicas del

queso principalmente por su capacidad de

retener agua y por su interaccioacuten sobre las

proteiacutenas (Ramiacuterez y Ponce 2014)

Graacutefico 2 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

humedad quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Cenizas

En relacioacuten al porcentaje de cenizas el queso

que tuvo el mayor contenido de fue el control no

obstante no se observaron diferencias

estadiacutesticamente significativas (Ple005) seguacuten el

ANOVA (graacutefico 3) En general el porcentaje de

cenizas en los cinco quesos estuvo dentro de los

liacutemites que la NMX-F-092-1970 establece

Asimismo estos valores coinciden con la

investigacioacuten por Urango en el 2012 en la

ldquoElaboracioacuten de un queso fresco semigraso

adicionado con fructooligosacaacuteridos (FOS)rdquo en

la cual el porcentaje de las muestras de queso

estuvo entre 307 y 369 No obstante fue mayor

en comparacioacuten del estudio en quesos frescos de

Ramiacuterez y Veacutelez en el 2012 debido a que se

agregoacute cloruro de calcio a la leche utilizada para

la elaboracioacuten de queso panela

Graacutefico 3 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

cenizas de quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Soacutelidos totals

En cuanto al porcentaje de soacutelidos totales

(graacutefico 4) se encontraron diferencias

estadiacutesticamente significativas (ple005) siendo

el control y el queso con 1 de inulina quienes

mostraron mayor de soacutelidos totales Los

valores no concuerdan con el estudio de Lopez

(2010) con un queso fresco en el cual su

promedio de solidos totales fue de 4020

Tampoco coincide con el porcentaje que marca

la NMX-F-092-1970 lo que puede estar

relacionado a la adicioacuten de la inulina

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 Control

X

w

ab aab ba

00

05

10

15

20

25

30

35

40

45

1 2 3 4 Control

d

e C

eniz

a

aaa a

a

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2019

Grafico 4 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

soacutelidos totales de los quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas

(Tukey p=005)

Grasa

Con respecto al contenido de grasa los valores

se encontraron en los rangos de 3 y 4

(graacutefico 5) Estos resultados no coinciden con el

estudio por Garciacutea y Navarrete en el 2013 en un

queso fresco que se le antildeadioacute lactobacillus

acydophylus y harina de maiacutez e inulina el queso

con mayor contenido de simbioacutetico tuvo el

menor porcentaje de grasa El bajo contenido de

grasa en el queso incluso en el control

concuerda con el estudio de Lobato Lozano y

Vernon (2009) en el cual la leche que conteniacutea

135 gL de grasa obtuvo un queso panela con

95 de grasa Por lo que se deduce que al tener

una leche con bajo contenido de grasa se obtiene

un queso descremado de acuerdo al CODEX

STANDARD 221-2001 Concluyendo que la

inulina no influyoacute en el contenido de grasa de los

quesos panela descremados

Graacutefico 5 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

grasa en los quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Agradecimiento

A la Universidad Autoacutenoma de Aguascalientes y

la Universidad Autoacutenoma de Zacatecas por sus

facilidades prestadas para realizar esta

investigacioacuten

Conclusiones

De acuerdo a los resultados obtenidos se observoacute

que la inulina modificoacute el pH humedad cenizas

y soacutelidos totales del queso panela descremado

desde concentraciones al 1

Recomendaciones

Cuantificar inulina y fibra soluble en futuras

investigaciones para indicar la cantidad de

inulina que es retenida por el queso

Utilizar leche entera para la elaboracioacuten

del queso panela con inulina para analizar si

disminuye el porcentaje de grasa

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33

34

35

36

37

38

39

40

41

1 2 3 4 Control

S

oacuteli

dos

Tota

les

a

ababb

b

000

050

100

150

200

250

300

350

400

450

1 2 3 4 Control

G

rasa

a a

b

cbc

50

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NMX-F-100-1984 Alimentos Laacutecteos

Determinacioacuten de grasa butiacuterica en quesos

NMX-F-111-1984 Alimentos Laacutecteos

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Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum

y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la

alimentacioacuten de ovinos

Inclusion of flour made from the fruits of Enterolobium Cyclocarpum and Brosimum

Alicastrum as an isocaloric and isoproteic supplement in sheep feed

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y

PIMIENTA-BARRIOS Enrique Universidad de Guadalajara Centro Universitario de Ciencias Bioloacutegicas y agropecuarias` (CUCBA)Camino Ramoacuten

Padilla Saacutenchez 2100 Nextipac 44600 Zapopan Jalisco

ID 1er Autor Alicia De Luna-Vega

ID 1er Coautor Mariacutea Luisa Garciacutea-Sahaguacuten

ID 2do Coautor Salvador Gonzaacutelez-Luna

ID 3er Coautor Enrique Pimienta-Barrios

DOI 1035429JCPE20191965261 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

El estudio se realizoacute en el municipio de Cabo Corrientes

localidad de Chacala donde se encuentran distribuidas las

especies en estudio en forma natural Se realizaron anaacutelisis

bromatoloacutegico del fruto de B alicastrum y E cyclocarpum como

alternativa para mejorar la produccioacuten animal al incrementar el

consumo de proteiacutena energiacutea y minerales en la dieta del ganado

Se realizoacute anaacutelisis bromatoloacutegico de proteiacutena cruda (PC)

extracto eteacutereo (EE) y extracto libre de nitroacutegeno (ELN) usando

el meacutetodo de Wendee (AOAC 1990) fibra detergente neutra

(FDN) fibra detergente aacutecida (FDA) celulosa hemicelulosa y

lignina (Van Soest y Wine 1967) con el equipo ANKOM

Calcio y foacutesforo por colorimetriacutea potasio mediante la teacutecnica

del flamoacutemetro (Van Soest 1979) magnesio azufre y cobre por

el meacutetodo de TMECC 0406 413 La calidad nutritiva se

analizoacute en materia seca cenizas grasa y fibra cruda Se obtuvo

diferencia significativa entre especies en proteiacutena (2290 vs

1088) fibra (724 vs 1318) y ELN donde el valor maacutes alto fue

para B alicastrum (6702) comparado con E cyclocarpum

(6045) La inclusioacuten de harina de los frutos de E cyclocarpum

y de B alicastrum en las raciones alimenticias de los ovinos

mejoroacute el consumo El aumento de peso y la conversioacuten

alimenticia fueron mejores con la inclusioacuten del 10 El valor

econoacutemico de las raciones alimenticias con la inclusioacuten de las

harinas de los frutos de E cyclocarpum y de B alicastrum fue

menor que el de la dieta testigo en ovinos estabulados lo que

permitioacute mantener su desarrollo con una disminucioacuten

significativa de los costos de produccioacuten

Aacuterboles Forrajeros Rumiantes Suplementacioacuten

Abstract

Study was performed in Chacala Cabo Corrientes where the

species in study are widely distribuited in a natural form

Bromatologic analisis of fruit of B alicastrum and E

Cyclocarpum were performed as an alternative to improve

animal production increasing protein consumption energy and

minerals on the livestock diet Bromatologic analysis was made

for crude protein (CP) etereum extract (EE) and nitrogen free

extract (NFE) with Wendee method (AOAC 1990) neutral

detergent fiber (NDF) acid detergent fiber (ADF) cellulose

hemicellulose and lignin (Van Soest and Wine 1967) with

ANKOM equipment Calcium and phosphorus for colorimetry

potasium with flamometer technique (Van Soest 1979)

magnesium sulphur and copper with TMECC 0406 413

method Nutritional quality was analized on dry matter ashes fat

and crude fiber Significative difference was obtained between

species on protein (2290 vs 1088) fiber (724 vs 1318) and

NFE were the higgest value was for B alicastrum (6702)

compared with E cyclocarpum (6045) Inclussion of fruit

flour from E cyclocarpum and B alicastrum on ovine alimentary

rations improvement consumption Weight increase and

alimentary convertion were better with the 10 inclussion

Economic value of alimentary rations with inclussion of fruit

flour of E cyclocarpum and B alicastrum was lower than

witness diet on stabuled ovine permiting maintain development

with significative decrease of production costs

Forage Trees Ruminants Supplementation

Citacioacuten DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e

isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 52-61

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico dva20851cucbaudgmx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-

LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

Entre las diferentes alternativas disponibles para

reducir el deterioro ambiental producido por el

auge expansionista de la ganaderiacutea tradicional

extensiva en el troacutepico mexicano se tiene la

implementacioacuten de praacutecticas de tipo

agroforestal que impulsa la integracioacuten de

aacuterboles y arbustos con la produccioacuten animal y

que podriacutea dar la pauta para el desarrollo de

sistemas de produccioacuten sustentable que no atente

contra el fraacutegil equilibrio ecoloacutegico del troacutepico

mexicano que incluso pudiera mejorar el

comportamiento animal como ganancia de peso

consumo de alimento y conversioacuten alimenticia

sin tener que depender de recursos externos

(Laker 1994)

Bajo la presioacuten de producir alimentos en

sistemas que mantengan estables su produccioacuten

y rentabilidad a largo plazo sin generar

inequidad social y preservando todos los

recursos naturales bajo el paradigma de la

sostenibilidad han cobrado especial importancia

el uso de aacuterboles forrajeros como fuente viable

para la alimentacioacuten animal y maacutes recientemente

el manejo de sistemas silvopastoriles que

integran el uso de pasturas aacuterboles y animales

con diferentes objetivos y estrategias de

produccioacuten (Giraldo 1996a)

En Meacutexico existe una gran variedad de

especies arboacutereas y arbustivas que tienen

potencial par a ser incorporadas en los sistemas

de produccioacuten en el troacutepico (Soto et al 1997)

los cuales podriacutean introducir elementos de

sostenibilidad en los sistemas actuales (Enkerlin

et al1997) al hacerlo menos dependiente de

insumos externos concentrados energeacuteticos y

proteicos que tienen que ser adquiridos a costos

elevados por los ganaderos (Laker 1994)

La explotacioacuten pecuaria intensiva

requiere de altas inversiones en las que el

alimento generalmente representa entre el 60 y

80 de los costos totales de produccioacuten (Bondi

1988) Los principios nutritivos son compuestos

quiacutemicos contenidos en los alimentos que

resultan necesarios para el mantenimiento la

reproduccioacuten produccioacuten y salud de los

animales Los maacutes importantes son agua

carbohidratos grasas proteiacutenas minerales y

vitaminas (Bondi 1988) Las proteiacutenas son

necesarias en la alimentacioacuten animal por las

numerosas funciones que desarrollan en el

organismo animal

Objetivo general

Por lo cual dentro de los objetivos del presente

trabajo es evaluar aspectos nutritivos del fruto de

estas especies arboacutereas para incorporarlas a los

sistemas de explotacioacuten pecuaria como una

alternativa para mejorar el rendimiento animal

al incrementarse el consumo de proteiacutena energiacutea

y minerales en la dieta del ganado a un costo

reducido

Objetivos particulares

1 Determinar la calidad nutritiva de la

harina de los frutos de E cyclocarpum y

B alicastrum (MO) proteiacutena cruda (PC)

fibra detergente neutra (FDN) fibra

detergente aacutecida (FDA) de los frutos de

E cyclocarpum y B alicastrum

2 Evaluar el comportamiento de ovinos al

incluir la harina de frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum en su dieta

alimenticia

3 Estimar el valor econoacutemico de las

raciones en estudio

Materiales y meacutetodos

Localizacioacuten

El estudio se realizoacute en el municipio de Cabo

Corrientes en la localidad de Chacala donde se

encuentran ampliamente distribuidas las

especies en estudio dentro de los tipos de

vegetacioacuten de selva mediana subcaducifolia La

Comunidad se ubica a 31 km al Noroeste de la

poblacioacuten de El Tuito cabecera municipal de

Cabo Corrientes Jal en las coordenadas

20deg10rsquo55rsquorsquo a los 20deg31rsquo00rsquorsquo de latitud norte y de

los 105deg10rsquo00rsquorsquo a los 105deg41rsquo25rsquorsquo de longitud

oeste El municipio limita al norte con el de

Puerto Vallarta y el Oceacuteano Paciacutefico al sur con

el de Tomatlaacuten al oriente con el de Talpa de

Allende y al poniente con el Oceacuteano Paciacutefico

Aspectos nutricionales de las especies en

estudio

La determinacioacuten de la composicioacuten quiacutemica de

los frutos se realizoacute en el laboratorio de nutricioacuten

animal del Departamento de Produccioacuten

Animal de la Divisioacuten de Ciencias Veterinarias

para medir las fracciones quiacutemicas de los frutos

por anaacutelisis bromatoloacutegico de proteiacutena cruda

(PC) extracto eteacutereo (EE) y extracto libre de

nitroacutegeno (ELN)) usando el meacutetodo de Wendee

(AOAC 1990)

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LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Se determinaron las fracciones de fibra

detergente neutra (FDN) fibra detergente aacutecida

(FDA) celulosa hemicelulosa y lignina (teacutecnica

de Van Soest y Wine 1967) con el equipo

ANKOM Minerales El calcio y foacutesforo fueron

analizados por meacutetodos colorimeacutetricos el

potasio se analizoacute mediante la teacutecnica del

flamoacutemetro (Van Soest 1979) magnesio azufre

y cobre por el metodo de TMECC 0406 413

Prueba de comportamiento Se llevoacute a cabo una

prueba de comportamiento con ovinos pelibuey

en la cual se evaluoacute el consumo de alimento

aumento de peso y conversioacuten alimenticia

ademaacutes de un anaacutelisis econoacutemico con

porcentajes de 10 y 20 de inclusioacuten de harina

de los frutos en estudio maacutes las dietas testigo

(0 de harina de frutos)

Tratamientos estudiados

El trabajo experimental consistioacute en evaluar tres

tratamientos con los porcentajes de inclusioacuten de

0 10 y 20 de harina de E cyclocarpum y de

B alicastrum en dietas isocaloacutericas e

isoproteacuteicas T1 T4 = 0 T2 T5 = 10 T3 T6 =

20 para cada una de las harinas de los frutos

arboacutereos Los ingredientes y anaacutelisis

bromatoloacutegicos de ingredientes y mezclas se

muestran en los Tablas del 1 al 3

Testigos E cyclocarpum B alicastrum

Ingredientes 10 20 10 20

Rastrojo de maiacutez 2700 5450 2700 5400 2700

Alfalfa 1200 - 1 740 - 1320

Trigo 2200 - 480 - 480

Sorgo 2000 1700 1500 1500 1500

Melaza 1210 1000 1000 1000 1000

Harina de pescado 200 320 100 570 520

E cyclocarpum - 1000 2000 - -

B alicastrum - - - 1000 2000

Roca fosfoacuterica 100 100 100 100 100

Carbonato de calcio 100 100 100 100 100

Vitaminas 025 025 025 025 025

Minerales 005 005 005 005 005

Sal 100 100 100 100 100

Urea 160 200 150 200 150

Totales 10000 10000 10000 10000 10000

Tabla 1 Porcentajes de E cyclocarpum y B alicastrum e

ingredientes utilizados en cada tratamiento por dieta

Alfalfa Trigo Sorgo H pescado Ecyclocarpum Balicastrum

Humedad 104 103 95 75 387 203

Cenizas 120 34 23 151 425 525

Proteiacutena 211 11 107 641 229 1088

Grasa 15 14 32 104 129 107

Fibra 165 30 28 00 724 1318

ELN 376 709 714 29 6045 6702

Materia seca 896 897 905 925 9613 9797

M Orgaacutenica 880 9660 977 849 9575 9448

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Tabla 2 Anaacutelisis bromatoloacutegico de los ingredientes

incluidos en los tratamientos de la harina de frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum reportado en

Testigos E cyclocarpum B alicastrum

Concepto 0 10 20 10 20

Humedad 1050 1000 1030 1051 1120

Cenizas 1060 1010 1015 1031 1030

Proteiacutena 1590 1540 1543 1546 1543

Grasa 140 140 145 120 100

Fibra 1060 1010 1518 1029 1030

ELN 5100 5300 4749 5223 5177

Materia seca 8950 9000 8970 8949 8880

Materia orgaacutenica 8940 8990 8985 8969 8970

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Tabla 3 Anaacutelisis bromatoloacutegico de los tratamientos

estudiados

Materiales utilizados

En la presente investigacioacuten se utilizoacute una nave

para ovinos con una dimensioacuten de 10 m de ancho

por 40 m de largo con techo de laacutemina aislante

piso de cemento con las ventanas hacia el norte

y hacia el sur el enjarre es de cemento pintado

de blanco

En esta nave se lotificaron 24 corrales de

dos metros de ancho x tres de largo cada uno

separado con tubos de fierro con un diaacutemetro de

tres pulgadas Para el suministro de agua y

alimento se utilizaron comederos y bebederos de

plaacutestico Se dispuso de dos baacutesculas de

precisioacuten una con capacidad de 2600 kg para

pesar los minerales y la otra de 120 kg para pesar

los ovinos y los ingredientes de los tratamientos

asiacute como un molino de martillos con una criba

de dos mm y una revolvedora horizontal para

moler y mezclar los ingredientes de cada racioacuten

Se utilizaron un total de 72 ovinos de la raza

Pelibuey con un peso promedio de 25 kg

vacunada y desparasitados interna y

externamente

Procedimiento experimental

Los frutos de E cyclocarpum y B alicastrum

fueron secados al sol durante ocho diacuteas

consecutivos y despueacutes molidos en un molino de

martillo la mezcla de los ingredientes se hizo en

una revolvedora horizontal Un total de seis

tratamientos con cuatro repeticiones (tres

animales por repeticioacuten y 24 por tratamiento)

fueron estudiados bajo un disentildeo experimental

de bloques al azar boqueado por el peso de los

animales en ligeros (l) n= 12 con un peso

promedio de 24 kg medianos (m) n= 12 peso

promedio 25 kg y pesados (p) n= 12 peso

promedio 26 kg El peso promedio de los

animales por tratamiento fue de 25kg

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Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Cada animal se aretoacute con un nuacutemero

progresivo despueacutes fueron distribuidos en los

diferentes tratamientos Se desparasitoacute con

ivermectina (Ivomec) y se vacunoacute contra las

enfermedades maacutes comunes en la zona

(septicemia hemorraacutegica carboacuten sintomaacutetico y

edema maligno) aplicando Bacterina Triple y

contra Aacutentrax Despueacutes de distribuidos los

animales se les dio agua para evitar la

deshidratacioacuten Tuvieron un periodo de 8 diacuteas de

adaptacioacuten para las nuevas dietas en estudio

El experimento tuvo una duracioacuten de 72

diacuteas durante el cual se registraron las siguientes

mediciones

a Ganancia peso Los animales se pesaron

al inicio del experimento y despueacutes a

intervalos regulares cada 14 diacuteas con un

ayuno previo de 24 horas de alimento y

agua Las ganancias de peso catorcenal

se obtuvieron por diferencia entre dos

pesadas consecutivas

b Consumo de alimento El agua fue

ofrecida ad libitum El alimento se

pesaba y se ofreciacutea el 50 a las 9 de la

mantildeana y 50 a las 6 de la tarde al diacutea

siguiente a las 8 de la mantildeana se

recolectaban el alimento rechazado se

pesaba y por diferencia se sacoacute el

consumo diario

Los paraacutemetros a medir fueron

ndash Peso diario de alimento proporcionado a

los ovinos

ndash Peso del alimento rechazado diariamente

ndash Peso corporal de los ovinos

catorcenalmente despueacutes de una dieta de

24 horas y anaacutelisis econoacutemico de las

raciones

ndash Los paraacutemetros indirectos fueron

ndash Kg de alimento consumido por diacutea

ndash Ganancia media diaria de peso

ndash Conversioacuten alimenticia

Disentildeo experimental

El experimento se desarrolloacute bajo un disentildeo de

bloques al azar bloqueado por el peso de los

animales en ligero (l) mediano (m) y pesado (p)

El modelo estadiacutestico utilizado fue Yij + M +

Ti + Bj + TiBj

Doacutende

Yij = Variable de respuesta

M = Media ponderada

Ti = Efecto de tratamiento i-esimo

Bj = Efecto del bloque j-iesimo

Ti Bj = Interaccioacuten entre tratamiento i-esimo y

bloque j-iesim

Variables bajo estudio

Ganancia de peso

Consumo de alimento

Conversioacuten alimenticia

Los resultados fueron analizados

mediante ANOVA Utilizando los

procedimientos del paquete estadiacutestico

STATISCA 60 se hizo la comparacioacuten de

medias con la prueba de Tukey (Plt005)

Resultados y discusioacuten

Aspectos nutricionales de las especies

arboacutereas en estudio

La calidad nutritiva en cuanto a MS PC MO

ELN humedad cenizas grasa y fibra cruda La

uacutenica diferencia significativa encontrada entre

las especies en estudio correspondioacute a la proteiacutena

(2290 vs 1088) fibra (724 vs 1318) y

elementos libres de nitroacutegeno (ELN) (6045 vs

6702) (Tabla 4)

ELN estaacute representado principalmente

por los azuacutecares solubles de muy faacutecil digestioacuten

EL valor maacutes alto fue B alicastrum (6702)

comparado con el E cyclocarpum (6045)

El ELN en estos frutos es de suma

importancia para el balance de energiacutea y proteiacutena

en el rumen ya que representa una fuente de

energiacutea faacutecilmente fermentable la cual es

aprovechada raacutepidamente por la flora

microbiana para todos los procesos de siacutentesis

Corroborando lo publicado por Bondi 1988 con

el contenido de ELN de estos frutos estamos

proporcionando a los rumiantes un fuente de

energiacutea para la flora microbiana que esta a su

vez proporcionaraacute al animal mayor capacidad

de digestioacuten y aprovechamiento de los

nutrientes

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Determinacioacuten E

cyclocarpum

B

alicastrum

Humedad 387 203

Cenizas 425 552

Proteiacutena 2290 1088

Grasa 129 107

Fibra 724 1318

ELN 6045 6702

Materia seca 9613 9797

FDN 3458 1937

FDA 3128 1725

Lignina 2566 1225

Celulosa 526 425

Hemicelulosa 330 287

Nitroacutegeno 366 174

Foacutesforo 030 020

Potasio 086 100

Calcio 027 020

Magnesio 078 076

Azufre 022 024

Cobre ppm 556 552

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Fibra detergente neutro (FDN) fibra detergente aacutecida

(FDA)

Tabla 4 Anaacutelisis quiacutemico proximal de la harina de los

frutos de E cyclocarpum y B alicastrum reportados en

porcentaje

El contenido de proteiacutena cruda (PC)

obtenido en B alicastrum (1088) resulto maacutes

bajo de lo esperado comparado con otras

investigaciones entre ellos Sosa et al 2004

(1381) Palma 2006 (1304) sentildealaron que

la proteiacutena variacutea del 12 al 20 sin embargo

Carranza et al 2003 que reportaron 865 y

968 valores maacutes bajos encontrados en este

trabajo Para el E cyclocarpum (Carranza et al

2003 Cecconello et a 2003) reportaron 1828

y 1410 teniendo una variacioacuten con los valores

reportados por parte de Aacutelvarez et al 2003

reportoacute en PC 172 Palma en el 2006 encontroacute

el 1549 valores maacutes bajos a los encontrados

en este trabajo

Esta variacioacuten se puede deber que estos

autores sus investigaciones fueron realizados en

diferente estados y diferentes eacutepocas Por su

parte Barrientos (2006) reportoacute para la harina

del fruto E cyclocarpum valores de 2792 de

proteiacutena en Tomatlaacuten de 1944 en la Cruz de

Huanacaxtle 3179 en Autlaacuten 2285 en la

Huerta todos en el estado de Jalisco En general

en estas discrepancias pueden influir las

condiciones edafoloacutegicas del sitio y diferentes

periacuteodos de estudio

Fracciones de fibra de la harina de los frutos

de E cyclocarpum y B alicastrum

Con relacioacuten a las fracciones de fibra para las

diferentes harinas de los frutos en estudio se

muestran en el Tabla 4 Los contenidos de fibra

total expresados como FDA y FDN para E

cyclocarpum variaron entre 3128 y 3458 y

para B alicastrum 1725 1937

concernientemente lo cual puede indicar que la

disponibilidad de nutrientes en los frutos

completos es variable dependiendo del nivel de

fibra presente

El promedio de FDN y FDA para E

cyclocarpum son superiores a los reportados por

Cecconello et al 2003 (2753 199) y Sosa et

al 2004 (4120 y 2483) Estos valores son

muy parecidos a los reportados por Febles et

al (1999) donde los estimaciones son FDN

415 FDA 298 lignina (lig) 58 celulosa (cel)

225 y hemicelulosa (hemi) 117 Es posible

que la diferencia encontrada con estos autores se

deba a que estos frutos fueron evaluados en

diferente paiacutes por lo tanto diferentes

condiciones climaacuteticas y edafoloacutegicas

Dentro de los trabajos realizados con

frutos de B alicastrum se encuentran los de

Lizarraga et al 2001 Sosa et al 2004 los

cuales reportaron valores de 375 285 6750

4710 615 40 y 4348 en FDN y FDA por

su parte Delgado et al (2000) reportaron los

siguientes valores (FDN 558 FDA 358 lig 83

cel 25 y hemi 20) valores muy superiores a los

encontrados en este trabajo

Contenido de minerales de la harina de los

frutos de las arboacutereas en estudio

El contenido de minerales de la harina de E

cyclocarpum y B alicastrum se observan en el

Tabla iquest4 donde el potasio se encuentra en mayor

porcentaje en el fruto de B alicastrum con 100

con respecto a la harina de E cyclocarpum

(086) sin embargo nitroacutegeno (N) (366) se

encuentra en mayor cantidad en la harina de E

cyclocarpum Delgado et al (2000) sentildealaron

que el E cyclocarpum contiene el uno porciento

de foacutesforo y calcio Sin embargo Carranza et al

(2003) y Sosa et al (2004) encontraron los

valores de 09 451 117 19 ppm para estos

mismos minerales

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En un trabajo publicado por Cecconello

et al (2003) reportaron valores de 226 029

036 077 023 y 555 ppm para nitrogeno

foacutesforo calcio magnesio (Mg) azufre (S) y

cobre (Cu) Son valores muy similares a los

reportados en este trabajo con la diferencia de

que ellos evaluaron en Venezuela Por su parte

Romaacuten et al (2004) publicaron los siguientes

resultados 245 de N 117 19 029 ppm de P

K y Calcio Barrientos (2006) reportoacute para la

harina del fruto completo de E cyclocarpum

valores de 221 159 081 032 019 027

0052 y 0034 de N Ca K Mg sodio (Na) P

Cu y fierro en la localidad de Tomatlaacuten Jalisco

Destacandose el N (366) de los reportados

por los otros autores Para B alicastrum

Carranza et al (2003) reportaron 014 y 267

de foacutesforo y calcio Romaacuten et al (2004)

encontraron 154 de N 4 20 065 ppm de P

K y Ca respectivamente Los valores reportados

por estos autores son similares a los obtenidos en

este trabajo las diferencias pueden ser por la

calidad del sitio y antildeo de observacioacuten

Prueba de comportamiento

El consumo de alimento diario para el

tratamiento de las dietas testigo la inclusioacuten del

10 y el 20 de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum no se encontroacute

diferencia significativa (Pgt005) entre los

tratamientos al realizar el anaacutelisis de varianza

La inclusioacuten de los diferentes niveles de harina

de E cyclocarpum y B alicastrum no modificoacute

explicativamente el consumo de alimento con

respecto a la racioacuten testigo Estos datos se

pueden observar maacutes objetivamente en el Tabla

5

Tratamientos E cyclocarpum

(g)

B alicastrum

(g)

T1 y T4 289a 292b

T2 y T5 291a 294ordf

T3 y T6 297a 301ordf

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de inclusioacuten

No hay diferencia significativa entre tratamientos

(Plt005)

Tabla 5 Consumo de alimento diario para los ovinos en

los seis tratamientos

Auacuten el no existir diferencias estadiacutesticas

en el consumo de las diferentes raciones en

estudio los resultados mostraron una tendencia

positiva entre el consumo y el nivel de inclusioacuten

de harina de E cyclocarpum y B alicastrum en

la dieta

Esta tendencia difiere con los resultados

obtenidos por Gonzaacutelez et al (1989) quienes

encontraron un menor consumo de materia seca

al comparar un nivel de inclusioacuten de 311 en

contra de 0 y 155 de E cyclocarpum

Gonzaacutelez et al (1989) y Amaro et al (1993)

sentildealan que el maacuteximo consumo voluntario de

materia seca se encontroacute en los niveles de

inclusioacuten del 31 y el 48 en tanto que Bonilla

(1999) indicoacute que el consumo voluntario

aumento conforme se incrementoacute la inclusioacuten de

la harina de E cyclocarpum en la dieta de 40 a

61 Los resultados anteriores mostraron una

gran variacioacuten entre la relacioacuten que guardan el

nivel de inclusioacuten de la harina de los frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum y el consumo de

alimento de las diferentes raciones este

fenoacutemeno pudiera estar explicado por los

diferentes tiempos de secado del fruto y de

almacenado de la harina referidos por los

distintos autores

En este estudio el fruto fue secado al sol

durante 10 diacuteas por espacio de ocho horas el

fruto fue molido y ofertado a los animales con un

periodo de acopio de seis meses mientras que

Peacuterez y Zapata (1993) utilizaron ocho diacuteas de

exposicioacuten y un periacuteodo corto de almacenaje en

tanto Alvarez et al (2003) utilizaron la harina

de E cyclocarpum despueacutes de un antildeo de

almacenaje Este periodo de almacenaje pudo

influir en algunas de las caracteriacutesticas

organoleacutepticas del alimento modificando su

consumo tanto en el E cyclocarpum como el B

alicastrum

Aumento de peso

En cuanto al aumento de peso diario para los

diferentes tratamientos se observoacute diferencias

significativas (Plt005)

Tratamientos E cyclocarpum

(g)

B alicastrum

(g)

T1 y T4 242a 230a

T2 y T5 220a 238a

T3 y T6 167b 198b

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de inclusioacuten

Letras diferentes en lineas indican diferencia significativa

(Plt005)

Tabla 6 Aumento de peso diario de los ovinos en los

diferentes tratamientos

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Los resultados de Gonzaacutelez et al (1989)

mencionaron ganancias de peso diario de 96 a

102 g con niveles de inclusioacuten de 15 y 30 de

harina de E cyclocarpum en raciones basadas

en 73 y 63 de rastrojo de maiacutez

respectivamente Peacuterez et al (1991)

encontraron 101 y 141 g de aumento de peso con

inclusiones de 10 y 20 de la harina cuando

proporcionaron 40 de rastrojo de maiacutez y 20

de sorgo con animales criollos y de un peso

inicial de 22 kg Bonilla (1999) reportoacute que

cuando se utilizaron niveles de 12 y 24 de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum en una

dieta con un contenido de 40 de rastrojo de

maiacutez y 14 de grano de sorgo obtuvo un

aumento de peso de 127 gdiacutea

Aacutelvarez et al (2003) en un trabajo

realizado con harina de E cyclocarpum y

gallinaza con inclusiones del 15 y el 30 obtuvo

una ganancia de peso diaria de 86 y 74 g Por

otro lado Peralta et al (2004) reporta 168 160

y 125 g de aumento de peso con niveles de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum de 10 20

y 30 Como podemos observar en este trabajo

los aumentos de peso fueron superiores a los

reportados por otros autores mientras que las

tablas de nutricioacuten (NRC 1996) recomienda el

16 de proteiacutena para animales confinados de

razas especializadas con un promedio de 20 a 25

kg de peso y para ganancia de peso de 250 y 300

g por diacutea valores muy similares a los obtenidos

en este trabajo

Conversioacuten alimenticia En la conversioacuten

alimenticia se observan diferencias

significativas (Plt005) para el tratamiento de la

inclusioacuten del 20 de harina de E cyclocarpum

y de B alicastrum en relacioacuten con los demaacutes

tratamientos (Tabla 7)

Tratamientos E

cyclocarpum

(kg)

B

alicastrum

(kg)

T1 y T4 613b 1 651b 1

T2 y T5 678b 1 636b 1

T3 y T6 705a 1 781a 1

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de

inclusioacuten

Tabla 7 Conversioacuten alimenticia para los ovinos en los

diferentes tratamientos

Letras diferentes en columnas hay

diferencia significativa (Plt005)

La conversioacuten alimenticia de los

animales en todos los tratamientos con inclusioacuten

de harina de fruto de E cyclocarpum fue mejor

a la encontrada por Bonilla (1999) quien al

utilizar una inclusioacuten de 48 en la racioacuten obtuvo

una conversioacuten alimenticia de 81 (es decir que

necesita ocho unidades de alimento para

producir una de carne)

Por otro lado Aacutelvarez et al (2003)

utilizando 30 de harina de E cyclocarpum y

hasta un 20 de rastrojo de maiacutez en la dieta

obtuvo una conversioacuten de 7471

Peralta et al (2004) en un trabajo

realizado con ovinos estabulados y utilizando la

inclusioacuten de 10 20 y 30 de E cyclocarpum

encontroacute que la conversioacuten alimenticia fue

estadiacutesticamente similar para todos los

tratamientos (471 391 y 471) superior al

encontrado en esta investigacioacuten

Finalmente Peacuterez et al 1991

mencionaron que con la inclusioacuten de 20 de

harina de frutos de E cyclocarpum se consiguioacute

la mayor conversioacuten alimenticia (698) y el

menor costo de produccioacuten por concepto de

alimentacioacuten ($220) resultando similar al

encontrado en este trabajo

El costo estimado de alimento por kilogramo

de carne producida

Para los tratamientos estudiados en ovinos en

estabulacioacuten lo podemos observar en el (Tabla

8) el costo maacutes bajo correspondioacute a la inclusioacuten

del 10 de E cyclocarpum y el maacutes alto para

la dieta testigo Los costos de la alimentacioacuten

decrecieron en un 14 a un 26 por kg de carne

producida comparado con la racioacuten testigo

(Tabla 8)

Se calculoacute el costo por kilogramo de la

harina de los frutos de E cyclocarpum y de B

alicastrum considerando el salario miacutenimo de la

localidad aplicado a mano de obra para

recoleccioacuten molienda e integracioacuten a los

tratamientos estudiados

59

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 52-61

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-

LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Testigo Ecyclocarpum B alicastrum Costokg

de

ingrediente

Ingredientes 10 20 10 20

Rastrojo de maiacutez

2700 5450 2700 5450 2700 165

Alfalfa 1200 - 1 740 - 1320 255

Trigo 2200 - 480 - 480 285

Sorgo 2000 1700 1500 1500 1500 235

Melaza 1450 1000 1000 1000 1000 200

Harina de

pescado

200 320 100 550 520 800

Harina de frutos - 1000 2000 10 20 200

Roca fosfoacuterica 100 100 100 100 100 140

Carbonato de calcio

100 100 100 100 100 380

Vitaminas 025 025 025 025 025 900

Minerales 005 005 005 005 005 095

Sal 100 100 100 100 100 145

Urea 160 200 150 200 150 430

Totales 10000 10000 10000 10000 10000

Costokg de

Alimento

245 213 221 242 244

Tabla 8 Porcentaje de los Ingredientes de las raciones en

estudio

Tratamientos Conversioacuten

alimenticia

Costo por

kg de

racioacuten

Costo alimento

kg de carne

producido

E cyclocarpum

T1 636a 1 280 1780

T2 678a 1 229 1552

T3 705b 1 181 1276

B alicastrum

T4 651a 1 280 1823

T5 613a 1 235 1441

T6 781b 1 204 1593

A b c literal diferente por columna indica diferencia

estadiacutestica (Plt005)

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de

inclusioacuten

Tabla 9 Conversioacuten alimenticia y costo estimado en los

diferentes tratamientos en ovinos en estabulacioacuten

El costo del kilogramo de carne

producida el maacutes bajo correspondioacute al 10 de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum aunque

este tratamiento no fue el mejor en cuanto a

consumo de alimento y conversioacuten alimenticia

esto se puede deber a que la fuente proteica de la

racioacuten es la de mayor costo y con esta inclusioacuten

del 10 se bajan los costos de produccioacuten

Peralta et al (2003) mencionaron que el costo

de alimento por carne producida en ovinos en

estabulacioacuten para la dieta testigo fue de $1076

en las inclusiones del 10 20 y 30 de harina de

frutos de E cyclocarpum fue de 935 721 y

837 respectivamente sus costos fueron menores

a los encontrados en este trabajo este fenoacutemenos

se puede deber a que no le asignaron un costo a

la harina de los frutos o que la fecha de la

investigacioacuten fue tres antildeos anteriores a este

trabajo porque los costos de los insumos

aumentan considerablemente antildeo con antildeo

Conclusiones

La inclusioacuten de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum en las raciones

alimenticias de los ovinos mejoroacute el consumo

El consumo de alimento fue mejor con la

inclusioacuten del 10 de B alicastrum La

conversioacuten alimenticia y el aumento de peso fue

mejor para la dieta testigo T1

El valor econoacutemico de la racioacuten

alimenticia con la inclusioacuten de las harina de los

frutos de E cyclocarpum el mejor fue con el

10 como sustituto de una fuente proteica en

ovinos estabulados lo que permitioacute mantener su

desarrollo con una disminucioacuten significativa de

los costos de produccioacuten Hay que considerar

que el costo se calculoacute con el de la mano de obra

local y no puede aplicarse a nivel nacional o

internacional

La inclusioacuten de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum en la

alimentacioacuten de rumiantes es una alternativa

teacutecnicamente viable dependiendo del nivel de

inclusioacuten la distancia y los costos de transporte

a las plantas de produccioacuten

la respuesta productiva encontrada en los

ovinos suplementados con frutos de leguminosas

arboacutereas estaacute asociada principalmente con

aumento en el consumo voluntario de materia

seca y energiacutea digestible mayor flujo de

proteiacutena microbial al duodeno y un mejor

balance entre nutrientes gluco y cetogeacutenicos

Referencias

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alimentaria en ovinos alimentados con fruto

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60

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Van Soest P y R Wine 1967 Uses of detergent

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Van Soest PJ 1979 Physico-chemical aspects

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I Warner) p 351-356

Instrucciones para la Publicacioacuten Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten

[Tiacutetulo en Times New Roman y Negritas No 14 en Espantildeol e Ingleacutes]

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MAYUSCULAS) Nombre del 3er Coautor

Institucioacuten de Afiliacioacuten del Autor incluyendo dependencia (en Times New Roman No10 y Cursiva)

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PNPC o SNI-CONACYT) (No10 Times New Roman)

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Objetivos

Metodologiacutea

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de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica Antildeo (Times New Roman No8)

Introduccioacuten

Texto redactado en Times New Roman No12

espacio sencillo

Explicacioacuten del tema en general y explicar

porque es importante

iquestCuaacutel es su valor agregado respecto de las demaacutes

teacutecnicas

Enfocar claramente cada una de sus

caracteriacutesticas

Explicar con claridad el problema a solucionar y

la hipoacutetesis central

Explicacioacuten de las secciones del Artiacuteculo

Desarrollo de Secciones y Apartados del

Artiacuteculo con numeracioacuten subsecuente

[Tiacutetulo en Times New Roman No12 espacio

sencillo y Negrita]

Desarrollo de Artiacuteculos en Times New Roman

No12 espacio sencillo

Inclusioacuten de Graacuteficos Figuras y Tablas-

Editables

En el contenido del Artiacuteculo todo graacutefico tabla

y figura debe ser editable en formatos que

permitan modificar tamantildeo tipo y nuacutemero de

letra a efectos de edicioacuten estas deberaacuten estar en

alta calidad no pixeladas y deben ser notables

aun reduciendo la imagen a escala

[Indicando el tiacutetulo en la parte inferior con Times

New Roman No 10 y Negrita]

Graacutefico 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Figura 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Tabla 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Cada Artiacuteculo deberaacute presentar de manera

separada en 3 Carpetas a) Figuras b) Graacuteficos

y c) Tablas en formato JPG indicando el

nuacutemero en Negrita y el Titulo secuencial

Para el uso de Ecuaciones sentildealar de la

siguiente forma

Yij = α + sum βhXhijrh=1 + uj + eij

(1)

Deberaacuten ser editables y con numeracioacuten alineada

en el extremo derecho

Metodologiacutea a desarrollar

Dar el significado de las variables en redaccioacuten

lineal y es importante la comparacioacuten de los

criterios usados

Resultados

Los resultados deberaacuten ser por seccioacuten del

Artiacuteculo

Anexos

Tablas y fuentes adecuadas

Agradecimiento

Indicar si fueron financiados por alguna

Institucioacuten Universidad o Empresa

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MAYUSCULAS) Nombre del 1er Coautor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 2do Coautor y Apellidos (EN

MAYUSCULAS) Nombre del 3er Coautor Tiacutetulo del Artiacuteculo Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica Antildeo (Times New Roman No8)

Conclusiones

Explicar con claridad los resultados obtenidos y

las posibilidades de mejora

Referencias

Utilizar sistema APA No deben estar

numerados tampoco con vintildeetas sin embargo

en caso necesario de numerar seraacute porque se

hace referencia o mencioacuten en alguna parte del

Artiacuteculo

Utilizar Alfabeto Romano todas las

referencias que ha utilizado deben estar en el

Alfabeto romano incluso si usted ha citado un

Artiacuteculo libro en cualquiera de los idiomas

oficiales de la Organizacioacuten de las Naciones

Unidas (Ingleacutes Franceacutes Alemaacuten Chino Ruso

Portugueacutes Italiano Espantildeol Aacuterabe) debe

escribir la referencia en escritura romana y no en

cualquiera de los idiomas oficiales

Ficha Teacutecnica

Cada Artiacuteculo deberaacute presentar un documento

Word (docx)

Nombre de la Revista

Tiacutetulo del Artiacuteculo

Abstract

Keywords

Secciones del Artiacuteculo por ejemplo

1 Introduccioacuten

2 Descripcioacuten del meacutetodo

3 Anaacutelisis a partir de la regresioacuten por curva de

demanda

4 Resultados

5 Agradecimiento

6 Conclusiones

7 Referencias

Nombre de Autor (es)

Correo Electroacutenico de Correspondencia al Autor Referencias

Requerimientos de Propiedad Intelectual

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uacutenicamente aceptaraacute la correccioacuten de erratas y errores u omisiones provenientes del proceso de edicioacuten

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sigue a continuacioacuten

Tiacutetulo del Artiacuteculo

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ndash Se citan las referencias en las que se basa la informacioacuten contenida en el Artiacuteculo asiacute

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fin de que los Autores conozcan cuaacuteles son los criterios de evaluacioacuten y estaraacute siempre dispuesto a

justificar cualquier controversia en el proceso de evaluacioacuten En caso de Deteccioacuten de Plagio al Artiacuteculo

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sentildealar toda la informacioacuten que pueda ser motivo para rechazar la publicacioacuten de los Artiacuteculos Ademaacutes

deben comprometerse a mantener de manera confidencial la informacioacuten relacionada con los Artiacuteculos

que evaluacutean

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debe mostrar o discutir con otros expertos excepto con autorizacioacuten del Editor

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Los Aacuterbitros deben expresar sus puntos de vista con claridad y con argumentos vaacutelidos que contribuyan

al que hacer Cientiacutefico Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten del Autor

Los Aacuterbitros no deben evaluar los manuscritos en los que tienen conflictos de intereses y que se hayan

notificado al Editor antes de someter el Artiacuteculo a evaluacioacuten

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sido obtenidos de manera eacutetica

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otra publicacioacuten seriada

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editorial y es inaceptable en consecuencia cualquier manuscrito que incurra en plagio seraacute eliminado y

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Oficinas de Gestioacuten 21 Santa Luciacutea CP-5220 Libertadores -Sucre ndash Bolivia

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

ldquoProduccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomaterdquo

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto

SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato

ldquoEstudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemicordquo

GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano

GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

ldquoDisentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de airerdquo

SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel

TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo

ldquoModelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFTrdquo

VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y

RIVAS-CASTRO Sofiacutea

Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca

ldquoOptimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficiordquo

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y

GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

ldquoEfecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremadordquo

AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

ldquoInclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y

Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten

de ovinosrdquo

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-

LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Universidad de Guadalajara

Page 4: Revista de Energía Química y Física...ISSN 2410-3934 Revista de Energía Química y Física Volumen 6, Número 19 – Abril – Junio - 2019

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Cesioacuten de Derechos

El enviacuteo de un Artiacuteculo a Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica emana el compromiso del autor de no

someterlo de manera simultaacutenea a la consideracioacuten de otras publicaciones seriadas para ello deberaacute

complementar el Formato de Originalidad para su Artiacuteculo

Los autores firman el Formato de Autorizacioacuten para que su Artiacuteculo se difunda por los medios que

ECORFAN-Meacutexico SC en su Holding Bolivia considere pertinentes para divulgacioacuten y difusioacuten de su

Artiacuteculo cediendo sus Derechos de Obra

Declaracioacuten de Autoriacutea

Indicar el Nombre de 1 Autor y 3 Coautores como maacuteximo en la participacioacuten del Articulo y sentildealar en

extenso la Afiliacioacuten Institucional indicando la Dependencia

Identificar el Nombre de 1 Autor y 3 Coautores como maacuteximo con el Nuacutemero de CVU Becario-PNPC

o SNI-CONACYT- Indicando el Nivel de Investigador y su Perfil de Google Scholar para verificar su

nivel de Citacioacuten e iacutendice H

Identificar el Nombre de 1 Autor y 3 Coautores como maacuteximo en los Perfiles de Ciencia y Tecnologiacutea

ampliamente aceptados por la Comunidad Cientiacutefica Internacional ORC ID - Researcher ID Thomson -

arXiv Author ID - PubMed Author ID - Open ID respectivamente

Indicar el contacto para correspondencia al Autor (Correo y Teleacutefono) e indicar al Investigador que

contribuye como primer Autor del Artiacuteculo

Deteccioacuten de Plagio

Todos los Artiacuteculos seraacuten testeados por el software de plagio PLAGSCAN si se detecta un nivel de plagio

Positivo no se mandara a arbitraje y se rescindiraacute de la recepcioacuten del Articulo notificando a los Autores

responsables reivindicando que el plagio acadeacutemico estaacute tipificado como delito en el Coacutedigo Penal

Proceso de Arbitraje

Todos los Artiacuteculos se evaluaraacuten por pares acadeacutemicos por el meacutetodo de Doble Ciego el arbitraje

Aprobatorio es un requisito para que el Consejo Editorial tome una decisioacuten final que seraacute inapelable en

todos los casos MARVIDreg es una Marca de derivada de ECORFANreg especializada en proveer a los

expertos evaluadores todos ellos con grado de Doctorado y distincioacuten de Investigadores Internacionales

en los respectivos Consejos de Ciencia y Tecnologiacutea el homologo de CONACYT para los capiacutetulos de

America-Europa-Asia-Africa y Oceania La identificacioacuten de la autoriacutea deberaacute aparecer uacutenicamente en

una primera paacutegina eliminable con el objeto de asegurar que el proceso de Arbitraje sea anoacutenimo y cubra

las siguientes etapas Identificacioacuten del Research Journal con su tasa de ocupamiento autoral -

Identificacioacuten del Autores y Coautores- Deteccioacuten de Plagio PLAGSCAN - Revisioacuten de Formatos de

Autorizacioacuten y Originalidad-Asignacioacuten al Consejo Editorial- Asignacioacuten del par de Aacuterbitros Expertos-

Notificacioacuten de Dictamen-Declaratoria de Observaciones al Autor-Cotejo de Artiacuteculo Modificado para

Edicioacuten-Publicacioacuten

Instrucciones para Publicacioacuten Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten

Aacuterea del Conocimiento

Los trabajos deberaacuten ser ineacuteditos y referirse a temas de Quiacutemica analiacutetica quiacutemica farmaceacuteutica quiacutemica

fiacutesica quiacutemica inorgaacutenica quiacutemica macromolecular quiacutemica nuclear fiacutesica de fluidos fiacutesica

estadiacutestica fiacutesica molecular fiacutesica teoacuterica y a otros temas vinculados a las Biologiacutea y Quiacutemica

Presentacioacuten del Contenido

Como pimer artiacuteculo presentamos Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de

residuos de planta de jitomate por CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan

Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML con adscripcioacuten en la

Universidad de Guanajuato como segundo artiacuteculo presentamos Estudio de la evolucioacuten de C N Chl

en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico por GUZMAacuteN-

PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y

MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea con adscripcioacuten en el Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

como tercer artiacuteculo presentamos Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire por SORIA-MEJIacuteA Sandra

Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

con adscripcioacuten en el Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo como cuarto artiacuteculo presentamos

Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos

DFT por VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-

CASTRO Sofiacutea con adscripcioacuten en el Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero y el

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca como quinto artiacuteculo presentamos Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en

proceso de beneficio por ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y

GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar con adscripcioacuten en la Universidad Tecnoloacutegica de Parral

como sexto artiacuteculo presentamos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de

queso tipo panela descremado por AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y

ROMO Carlos como uacuteltimo artiacuteculo presentamos Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos

de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en

la alimentacioacuten de ovinos por DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa

GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique con adscripcioacuten en la Universidad de

Guadalajara

Contenido

Artiacuteculo Paacutegina

Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomate

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto

SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato

1-12

Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico

GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE

Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

13-21

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-

MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo

22-30

Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFT VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-

CASTRO Sofiacutea

Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca

31-38

Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-

DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

39-43

Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremado

AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

44-51

Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y

Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten

de ovinos

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA

Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Universidad de Guadalajara

52-61

1

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 1-12

Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomate

Hydrogen production from anaerobic digestion of tomatorsquos plant waste

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Saraidagger MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES

Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato Carretera Irapuato-Silao Km 9 CP 36500 Irapuato Gto Meacutexico

ID 1er Autor Sarai Camarena-Martiacutenez ORC ID 0000-0002-0681-6364 CVU CONACYT ID 495584

ID 1er Coautor Juan Humberto Martiacutenez-Martiacutenez ORC ID 0000-0002-6325-3553 CVU CONACYT ID 335602

ID 2do Coautor Adriana Saldantildea-Robles ORC ID 0000-0001-8871-1621 CVU CONACYT ID 224323

ID 3er Coautor Graciela ML Ruiz-Aguilar ORC ID 0000-0001-9460-1429 CVU CONACYT ID 122467

DOI 1035429JCPE2019196112 Recibido 20 de Abril 2019 Aceptado 30 Junio 2019

Resumen

Entre las alternativas de obtencioacuten de energiacutea limpia que

se estaacuten desarrollando se reconoce el hidroacutegeno (H2)

como un portador de energiacutea prometedor al poseer un alto

rendimiento energeacutetico (122 kJg) y se obtiene a partir de

residuos lignoceluloacutesicos mediante un proceso bioloacutegico

En el estado de Guanajuato se generan altas cantidades de

residuos de planta derivados del cultivo de jitomate al ser

el cultivo que mayormente se produce mediante

agricultura protegida en el estado Por lo que el objetivo

del presente estudio fue el aprovechar residuos de planta

de jitomate para la generacioacuten de hidroacutegeno a traveacutes del

proceso de digestioacuten anaerobia Se evaluaron dos fuentes

de inoacuteculo microflora nativa de la planta de jitomate y

lodo anaerobio pretratado a 100degC por 24 h y cuatro

medios minerales a un pH inicial de 65 plusmn 02 en

experimentos en lote El rendimiento maacutes alto fue de 374

mLH2 g SV usando microflora nativa y medio mineral

con extracto de levadura Se logroacute una produccioacuten de

hidroacutegeno similar a lo reportado en la literatura para otros

residuos destacando en nuestro caso el ser innecesario el

pretratamiento del sustrato o del inoacuteculo Por lo que la

metodologiacutea propuesta resulta eficiente para la produccioacuten

de hidroacutegeno a partir de la planta de jitomate

Hidroacutegeno Digestioacuten anaerobia Planta de jitomate

Abstract

Hydrogen (H2) is recognized as a promising energy carrier

among the alternatives for obtaining clean energy since it

has a high energy efficiency (122 kJ g) and can be

obtained from lignocellulosic waste through a biological

process In the state of Guanajuato high amounts of plant

waste derived from tomato cultivation are generated

because this is the crop mostly produced through protected

agriculture So the objective of the present study was to

consider tomato plant residues for the generation of

hydrogen through the anaerobic digestion process Two

sources of inoculum native microflora of the tomato plant

and anaerobic sludge pretreated at 100 deg C for 24 h and

four mineral media at an initial pH of 65 plusmn 02 in batch

experiments were evaluated The highest yield was 374

mLH2 g SV using native microflora and mineral media

with yeast extract Hydrogen production was found like

those reported in the literature for other type of waste

highlighting the no-need to pretreat the substrate or

inoculum Therefore the methodology propose is efficient

to the hydrogen production from tomato plant residues

Hydrogen Anaerobic digestion Tomato

Citacioacuten CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y

RUIZ-AGUILAR Graciela ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 1-12

Correspondencia del Autor (Correo electroacutenico gracielarugtomx)

dagger Investigador contribuyendo como primer Autor

ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

2

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 1-12

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela

ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El hidroacutegeno posee un alto contenido de energiacutea

por unidad de peso (122 MJ Kg) y su

combustioacuten no genera emisiones de CO2 lo cual

lo hace una alternativa de produccioacuten de energiacutea

amigable con el medio ambiente (Jain et al

2010) Sin embargo alrededor del 90 del

hidroacutegeno producido se obtiene mediante

procesos electroquiacutemicos y termoquiacutemicos que

requieren altos consumos de energiacutea y de

combustibles foacutesiles (Kapdan y Kargi 2006

Balat y Kirtay 2010) Por ello en los uacuteltimos

antildeos las investigaciones se han enfocado en la

obtencioacuten de hidroacutegeno mediante procesos

bioloacutegicos como la biofotoacutelisis la

fotofermentacioacuten y la fermentacioacuten oscura ya

que se pueden llevar a cabo en condiciones

ambientales y requieren mucho menos consumo

de energiacutea (Guo et al 2010)

La fermentacioacuten oscura es

particularmente atractiva porque no necesita

energiacutea lumiacutenica no tiene problemas de

inhibicioacuten por la presencia de oxiacutegeno requiere

pequentildeos voluacutemenes de reactor y se puede llevar

a cabo con un bajo costo de capital en

comparacioacuten con los procesos de biofotolis y

fotofermentacioacuten (Levin et al 2004 Nath y

Das 2004 Pandey et al 2013)Otra ventaja

muy importante del proceso de fermentacioacuten

oscura es que se pueden aprovechar residuos

agriacutecolas como materia prima para la produccioacuten

de hidroacutegeno

Los residuos agriacutecolas son una fuente

prometedora debido a su abundancia

distribucioacuten en todo el mundo y a su bajo costo

(Guo et al 2010) La utilizacioacuten de bagazo de

cantildea de azuacutecar paja de trigo planta de sorgo

paja de maiacutez entre otros se ha estudiado en los

uacuteltimos antildeos (Li y Chen 2007 Ivanova et al

2009 Fangkum y Reungsang 2011 Peacuterez et al

2015)

Existen otros cultivos que poseen un alto

impacto econoacutemico y en la generacioacuten de

residuos como es el cultivo de jitomate Meacutexico

es el principal proveedor a nivel mundial de

jitomate con una participacioacuten en el mercado

internacional de 251 del valor de las

exportaciones mundiales (SAGARPA 2017)

No obstante desde su cultivo hasta su

procesamiento se generan desechos que carecen

de valor comercial y no tienen una adecuada

disposicioacuten

Hasta el momento la informacioacuten

disponible sobre la produccioacuten de hidroacutegeno a

partir de residuos de planta de jitomate se

encuentra muy limitada y aun no se ha evaluado

la variacioacuten de distintos factores que afectan el

rendimiento de H2 a partir de este sustrato como

el tipo de inoacuteculo y la composicioacuten del medio

Estos son paraacutemetros importantes que afectan la

evolucioacuten de las viacuteas fermentativas (Wang y

Wan 2009 De Gioannis et al 2013) Bajo este

panorama se estudiaron dos fuentes de inoacuteculo

microflora nativa de la planta de jitomate y lodo

anaerobio pretratado a 100 degC por 24 h y cuatro

medios minerales en experimentos en lote para

conocer su efecto en la produccioacuten de hidroacutegeno

Metodologiacutea a desarrollar

La metodologiacutea que se siguioacute se resume en la

Figura 1 Se llevoacute a cabo la recoleccioacuten y

molienda del sustrato y para la evaluacioacuten de la

produccioacuten de hidroacutegeno se consideraron dos

variables el tipo de inoacuteculo y el tipo de medio

mineral El biogaacutes producido se cuantificoacute

mediante cromatografiacutea de gases

Figura 1 Metodologiacutea general para la produccioacuten de H2 a

partir de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Recoleccioacuten de la parte aeacuterea de

la planta de jitomate

Molienda

(Tamiz 20)

Produccioacuten de H2

Evaluacioacuten del tipo

de medio mineral

Evaluacioacuten del tipo

de inoacuteculo

A B C D Lodo

anaerobio

(LA)

Microflora nativa de

la planta de jitomate

(Nat)

Medicioacuten de la cantidad y composicioacuten

del biogaacutes por cromatografiacutea de gases

3

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 1-12

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela

ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Sustratos e inoacuteculo

El sustrato consistioacute en la parte aeacuterea de la planta

y fue recolectado al termino del ciclo de vida en

las instalaciones de la Expo agroalimentaria

ubicados en la ciudad de Irapuato Gto La

variedad de planta de jitomate fue Saladette

Las plantas se secaron bajo sol durante

15 diacuteas hasta llegar a una humedad entre 6 y

10 La planta seca se molioacute en un molino

agriacutecola de martillos y se dejoacute almacenada a

temperatura ambiente hasta su uso

Posteriormente para los anaacutelisis de

caracterizacioacuten y de produccioacuten de biogaacutes se

utilizoacute un molino marca SURTEK y un tamiz

para conseguir un tamantildeo de partiacutecula de

aproximadamente 085 mm

El inoacuteculo empleado consistioacute en lodo

anaerobio que fue recolectado de un biodigestor

tipo bolsa de geomembra de 1000 L el cual se

alimenta con estieacutercol vacuno y es operado a

temperatura ambiente El biodigestor se

encuentra ubicado en las instalaciones de la

Divisioacuten Ciencias de la Vida El inoacuteculo

recolectado se desgasificoacute a temperatura

ambiente (197 plusmn 70 degC) por un periodo de 10

diacuteas Posteriormente este lodo se pretrato a 100

degC por un periodo de 24 h para emplearlo como

inoacuteculo LA en los experimentos de produccioacuten

de hidroacutegeno

Meacutetodos analiacuteticos

Para la caracterizacioacuten del sustrato se

realizaron los siguientes anaacutelisis soacutelidos totales

y soacutelidos volaacutetiles carbono orgaacutenico

carbohidratos estructurales (celulosa

hemicelulosa y lignina) nitroacutegeno total

Kjeldahl demanda quiacutemica de oxiacutegeno y pH

Ademaacutes se determinoacute el contenido de ST y SV

del inoacuteculo

El contenido de carbono orgaacutenico se

realizoacute por el meacutetodo de ignicioacuten de acuerdo con

Dean 1974 la determinacioacuten de carbohidratos

estructurales se hizo mediante la metodologiacutea de

van Soest et al 1973 y el pH por medio del

meacutetodo reportado por Kang et al 2014 El

contenido de nitroacutegeno total Kjeldahl DQO

mediante el meacutetodo de reflujo cerrado y

contenido de soacutelidos totales y soacutelidos volaacutetiles se

realizoacute seguacuten los meacutetodos estaacutendares (APHA

2005)

Produccioacuten de H2

Se evaluaron dos fuentes de inoacuteculo microflora

nativa de la planta de jitomate (Inoacuteculo Nat) y

lodo anaerobio pretratado a 100 degC por 24 h

(Inoacuteculo LA) y cuatro medios minerales (A B

C y D) cuya composicioacuten se indica en la Tabla

1 El medio mineral D corresponde al medio

mineral reportado por Lara et al 2014 y los

medios minerales A B y C presentan una

modificacioacuten con respecto al medio mineral D

ya sea en la cantidad antildeadida de fosfatos yo en

la adicioacuten de extracto de levadura

El medio mineral usualmente posee

capacidad tampoacuten (Angelidaki et al 2004

Angelidaki et al 2009) y esta puede estar dada

por el buffer de fosfatos el cual es el maacutes

empleado en los experimentos de produccioacuten de

H2 por digestioacuten anaerobia (Lin y Lay 2004 Lin

et al 2011) Con la finalidad de aminorar costos

y evitar una saturacioacuten de fosfatos en el medio

(Cubillos et al 2010 Zhao et al 2010 Liu et

al 2015 Xu et al 2016) se optoacute por utilizar la

propuesta de Lara et al 2014 (0075M medio

mineral D) y otras dos concentraciones 002M

(medio mineral B y C) y 01M (medio mineral

A)

Por otro lado se recomienda la adicioacuten

de vitaminas al medio mineral especialmente

cuando se manejan residuos agriacutecolas para evitar

inhibicioacuten por sustrato de la digestioacuten

(Angelidaki et al 2004 Lindorfer et al 2007

Angelidaki et al 2009)

El extracto de levadura posee vitaminas

del complejo B y ademaacutes constituye una fuente

de nitroacutegeno por lo que es muy usado en los

medios minerales en conjunto con otras fuentes

de nitroacutegeno (Fan et al 2006 Ivanova et al

2009 Li y Chen 2007 Li et al 2012)

4

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ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Medio

mineral Composicioacuten de medio mineral por litro

A

KH2PO4 46 g K2HPO4 100 g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

B

KH2PO4 20 g K2HPO4 092 g Extracto de

levadura 15 gL MgCl2middot6H2O 01g CaCl2

002 g MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O

0025g CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O

0125mg

C

KH2PO4 20 g K2HPO4 092 g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

D

KH2PO4 48g K2HPO4 698g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

Tabla 1 Tipos de medio mineral evaluados para la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de residuos de planta de

jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Los experimentos se llevaron a cabo en un

reacutegimen en lote a un pH inicial de 65 plusmn 02 Se

adiciono 159 plusmn 002 g de planta de jitomate seca

y molida por cada 100 mL de mezcla

(equivalente a 106 g SV sustratoL) El volumen de

trabajo fue de 80 mL manejando y un ldquoespacio

de cabezardquo de 40 mL Los reactores se incubaron

a 37degC durante un periodo de 15 diacuteas en

condiciones estaacuteticas Para los tratamientos en

los que se empleoacute Inoacuteculo LA se antildeadioacute la

cantidad 124 plusmn 002 g de inoacuteculo pretratatado y

molido por cada 100 mL de mezcla (equivalente

a 625 g SV inoacuteculoL) Cada tratamiento se realizoacute

por duplicado

El control negativo consistioacute en inoacuteculo

LA pretratado a 100 degC por 24 h sin antildeadir

sustrato y se agregoacute el medio mineral Lara et al

2014 para completar a un volumen de 80 mL

El anaacutelisis de cromatografiacutea de gases para

la deteccioacuten de H2 O2 N2 y CH4 se realizoacute

tomando 30 μL del gas presente en el ldquoespacio

de cabezardquo de cada botella Este se analizoacute en un

cromatoacutegrafo PerkinElmer reg modelo Clarus

580 con una columna capilar Elite CG GS-

MOSIEVE 52 (30m x 053 mm x 50 μm) y un

detector tipo TCD Las temperaturas del

inyector horno y detector fueron 150 50 y 200

degC respectivamente Se utilizoacute argoacuten como fase

moacutevil a una presioacuten de 14 psi

Para analizar las diferencias significativas

entre cada uno de los tratamientos se manejoacute un

disentildeo factorial 2x4 y el meacutetodo de Tukey con

un valor alfa de 5 mediante el software de

Statgraphics Centurion XVI

Resultados

Caracterizacioacuten fisicoquiacutemica

Los resultados de la caracterizacioacuten

fisicoquiacutemica de la parte aacuterea de la planta de

jitomate se muestran en la Tabla 3 En cuanto a

la determinacioacuten del contenido de ST y SV del

lodo anaerobio fresco sin pretratar se obtuvo

1350 plusmn 074 en base huacutemeda y 5068 plusmn 370

en base seca respectivamente Posteriormente

este lodo se pretratoacute a 100 degC por un periodo de

24 h para emplearlo como inoacuteculo LA en los

tratamientos T1 T3 T5 y T7 (Tabla 2)

Rendimiento de H2 y contenido de H2 en el

biogas

Solo en tres tratamientos se detectoacute produccioacuten

de H2 en el biogaacutes (T4 T7 y T8) En el

tratamiento T4 se obtuvo el mayor rendimiento

de 374 mL H2 g SV (Tabla 4)

La produccioacuten de H2 en el tratamiento T4

se detectoacute a partir de la medicioacuten realizada a las

63 horas Para los tratamientos T7 y T8 se

detectoacute hasta la medicioacuten realizada a las 135

horas Esto indica que los microorganismos

tardan maacutes tiempo en adaptarse en las

condiciones manejadas en los tratamientos T7 y

T8 comparado con las establecidas en T4 En el

caso de los tratamientos T4 y T7 no se observa

produccioacuten de hidroacutegeno a las 327 h en cambio

en el tratamiento T8 la produccioacuten continua

incluso despueacutes de haber transcurridos 15 diacuteas

(Grafico 1)

En el tratamiento T4 durante las

primeras 135 horas de incubacioacuten se obtuvo una

concentracioacuten de hidroacutegeno arriba del 60 y a

partir de la medicioacuten realizada a las 183 h se

observoacute una disminucioacuten significativa de la

concentracioacuten Para el tratamiento T7 el pico

maacutes alto de concentracioacuten se detectoacute a las 135 h

y a partir de la siguiente medicioacuten se observoacute una

disminucioacuten gradual de la concentracioacuten de

hidroacutegeno (Grafico 2)

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Clave Medio mineral Inoacuteculo

T1 A LA

T2 A Nat

T3 B LA

T4 B Nat

T5 C LA

T6 C Nat

T7 D LA

Tabla 2 Tratamientos para evaluar la produccioacuten de H2 en

experimentos en lote a partir de residuos de planta de

jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Paraacutemetros Planta de jitomate

CN 1986 plusmn 067

ST ()1 9074 plusmn 014

SV ()2 7359 plusmn 014

Celulosa ()2 2857 plusmn 140

Hemicelulosa ()2 842 plusmn 108

Lignina ()2 749 plusmn 113

Azuacutecares reductores2 170 plusmn 018

DQO ( mg g SV) 78796 plusmn 2697

pH 660 plusmn 006 1 Porcentaje base huacutemeda 2 Porcentaje base seca

Tabla 3 Caracterizacioacuten fisicoquiacutemica de la planta

recolectada de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Clave Medio

mineral Inoacuteculo

Rendimiento

Biogaacutes (mL g

SV)

Rendimiento

H2 (mL g

SV)

T1 A LA 255 plusmn 42 00

T2 A Nat 336 plusmn 11 00

T3 B LA 749 plusmn15 00

T4 B Nat 578 plusmn 48 374 plusmn 48

T5 C LA 276 plusmn 30 00

T6 C Nat 60 plusmn 04 00

T7 D LA 286 plusmn 27 50 plusmn 20

T8 D Nat 252 plusmn 71 93 plusmn 75

Tabla 4 Rendimientos de produccioacuten de biogaacutes e

hidroacutegeno obtenido en cada tratamiento para la produccioacuten

de H2 en experimentos en lote a partir de residuos de planta

de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

En el caso del tratamiento T8 el

contenido de H2 fue incrementando

gradualmente durante el periodo de 15 diacuteas El

contenido de hidroacutegeno en el biogaacutes total

producido fue del 65 18 y 37 en los

tratamientos T4 T7 y T8 respectivamente De

manera que en el tratamiento T4 se obtuvo la

maacutes alta concentracioacuten de hidroacutegeno en el biogaacutes

pero la produccioacuten maacutes duradera se observoacute en

el tratamiento T8 (Grafico 2) Alemahdi et al

2015 evaluaron la produccioacuten de H2 usando

como sustrato paja de arroz en codigestioacuten con

lodos activados de aguas residuales

Ellos obtuvieron una concentracioacuten de

hidroacutegeno en el biogaacutes de 695 el cual es un

valor cercano a lo obtenido en el tratamiento T4

Dhanasekar et al 2018 reportaron un contenido

de H2 en el biogaacutes del 18 a partir de tallo de

sorgo y usando la cepa Bacillus subtilis

AUChE413 para llevar a cabo la fermentacioacuten

Este porcentaje es igual al obtenido en el

tratamiento T7 de nuestro estudio Otros autores

mencionan rangos de concentracioacuten de H2 entre

el 44 y 57 a partir de residuos de tallo de maiacutez

(Zhang et al 2007 Fan et al 2008) Por lo cual

nuestros resultados obtenidos son similares a lo

reportado en la literatura y en base a esto el

porcentaje de H2 en el biogaacutes obtenido en el

tratamiento T4 puede ser considerado de una alta

concentracioacuten

Efecto del tipo de inoacuteculo sobre la produccioacuten

de hidroacutegeno

El tipo de inoacuteculo tuvo efecto significativo sobre

la produccioacuten de hidroacutegeno (P lt 005) siendo el

inoacuteculo Nat el que mostroacute un mayor rendimiento

(ver Anexo Tabla 1 y Tabla 2)

Estos resultados difieren con lo reportado

por Peacuterez 2015 los cuales evaluaron cuatro

consorcios microbianos como inoacuteculo para la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de paja de trigo

Los consorcios se obtuvieron a partir de

muestras de suelo de jardiacuten rumen de vaca lodo

anaerobio y la microflora nativa de la paja de

trigo Se reportoacute que el maacutes alto rendimiento se

obtuvo de los reactores inoculados con lodo

anaerobio seguido de la flora nativa de la paja de

trigo No obstante en este estudio el lodo

anaerobio no recibioacute ninguacuten tipo de

pretratamiento

El menor rendimiento de produccioacuten de

H2 a partir de lodos anaerobios (Inoculo LA)

comparado con el obtenido a partir de la

microflora nativa de la planta de jitomate

(Inoacuteculo Nat) pudo ser causado por el

pretratamiento teacutermico aplicado al Inoacuteculo LA

que provoco una disminucioacuten en la diversidad

microbiana

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Grafico 1 Cineacuteticas de produccioacuten de hidroacutegeno

acumulado en los tratamientos T4 T7 y T8 durante 15 diacuteas

de incubacioacuten

Fuente Elaboracioacuten Propia

Grafico 2 Contenido de hidroacutegeno () en los tratamientos

T4 T7 y T8 durante 15 diacuteas de incubacioacuten

Fuente Elaboracioacuten Propia

En la literatura se mencionan diferentes

condiciones de pretratamiento teacutermico con la

finalidad de eliminar cepas consumidoras de

hidroacutegeno las cuales no forman endoesporas y

por ello no logran sobrevivir a altas temperaturas

por tiempos prolongados (Fang et al 2002 Liu

et al 2002 Duangmanee et al 2007 Kanso et

al 2011)

Sin embargo estos tratamientos teacutermicos

pueden llegar a ser poco tolerantes para la mayor

parte de los microorganismos presentes en los

lodos anaerobios lo que trae como consecuencia

una disminucioacuten alta de la diversidad microbiana

(Navarro et al 2016) Esto implica que las viacuteas

metaboacutelicas disponibles son menos diversas lo

que dificulta la degradacioacuten del sustrato (Tracy

et al 2014 Vanwonterghem et al 2014a)

Asimismo un consorcio productor de hidroacutegeno

con menos especies podriacutea disminuir la

estabilidad ante perturbaciones o invasiones

ambientales (Shade et al 2012

Vanwonterghem et al 2014b)

La aplicacioacuten de pretratamiento teacutermicos

a maacutes bajas temperaturas (80-90 degC) puede ser

recomendable para incrementar la concentracioacuten

de cepas productoras de hidroacutegeno sin alterar

significativamente las interacciones sintroacuteficas

entre cada grupo microbiano que conforma el

inoacuteculo

Efecto de la composicioacuten del medio mineral

sobre la produccioacuten de hidroacutegeno

De acuerdo con el ANOVA realizado la

composicioacuten del medio mineral tuvo un efecto

significativo en el rendimiento de H2 (P lt 005)

(ver Anexo Tabla 6 y Tabla 8)

No se detectoacute produccioacuten de hidroacutegeno al

emplear el medio mineral A Esto pudo deberse

a la alta concentracioacuten de fosfatos que afecto la

actividad metaboacutelica de la microflora del

Inoacuteculo LA y del inoacuteculo Nat ya que este medio

se preparoacute con la mayor concentracioacuten de

fosfatos (01 M) El fosfato es un nutriente

inorgaacutenico importante para el crecimiento

microbiano Las principales funciones del

fosforo es la generacioacuten de energiacutea en forma de

trifosfato de adenosina (ATP) y la regulacioacuten de

la capacidad amortiguadora del sistema celular

(Lin y Lay 2004)

Un aumento en la concentracioacuten de

fosfato resulta en un aumento de la capacidad de

las bacterias para producir hidroacutegeno Sin

embargo concentraciones demasiado altas de

fosfato podriacutean causar inhibicioacuten por el aumento

de la produccioacuten de aacutecidos grasos volaacutetiles lo

cual no es deseable ya que esto desviacutea los

reductores celulares de la produccioacuten de

hidroacutegeno (Lay et al 2005 Bisaillon et al

2006 Chandrasekhar et al 2015) No obstante

en la medicioacuten de pH despueacutes de 15 diacuteas de

incubacioacuten no se detectoacute una disminucioacuten

significativa del mismo para estos tratamientos

Seguacuten algunos protocolos establecidos

para llevar a cabo pruebas de digestioacuten anaerobia

a escala laboratorio se recomienda antildeadir una

mezcla de vitaminas del complejo B (biotina

aacutecido foacutelico riboflavina aacutecido pantotenico

entre otros) en la preparacioacuten del medio mineral

para evitar la inhibicioacuten del crecimiento de los

microrganismos por la ausencia de estos

nutrientes en sustratos no convencionales

(Madigan et al 2000 Angelidaki et al 2004

Angelidaki et al 2009)

00

100

200

300

400

0 100 200 300 400

Ren

dim

iento

de

H2

(mL

H2

g S

V s

ust

rato

)

Tiempo (h)

T4

T7

T8

0

01

02

03

04

05

06

07

0 100 200 300 400

Co

nte

nid

o d

e H

2(

)

Tiempo (h)

T4

T7

T8

7

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El extracto de levadura es un extracto

soluble en agua formado por el autolisado de

ceacutelulas de levaduras y es un producto rico en

vitaminas especialmente del complejo B

aminoaacutecidos y otros factores de crecimiento En

el tratamiento T4 se empleoacute inoacuteculo Nat en

medio mineral B el cual contiene extracto de

levadura (15 gL) y se observoacute una produccioacuten

de hidroacutegeno maacutes temprana con respecto al

tratamiento T8 en el cual se usoacute inoacuteculo Nat en

medio mineral D que no contiene extracto de

levadura Esto indica que en nuestros

experimentos el extracto de levadura juega un

papel importante en la adaptacioacuten del inoacuteculo

Nat a las condiciones establecidas

Por otro lado el extracto de levadura

constituye una fuente orgaacutenica de nitroacutegeno al

igual que la peptona Li y Chen 2007 evaluaron

la produccioacuten de biohidroacutegeno a partir de paja de

maiacutez mediante Clostridium butytiricum AS1209

usando tres diferentes fuentes de nitroacutegeno

NH4HCO3 urea y extracto de levadura en el

medio mineral En su estudio los rendimientos

de hidroacutegeno al usar fuentes de nitroacutegeno

orgaacutenico (urea y extracto de levadura) fueron

mucho maacutes altos que al emplear una fuente de

nitroacutegeno inorgaacutenico (NH4HCO3) Esto tambieacuten

fue reportado por Ueno et al 2001 y Ferchichi

et al 2005

Kalil et al 2009 reportaron que la

adicioacuten de fuentes de nitroacutegeno orgaacutenicas mejora

el crecimiento celular con respecto a fuentes de

nitroacutegeno inorgaacutenico usando Clostridium

acetobutylicum como inoacuteculo y Zhang et al

2014 mencionan que el incremento gradual de

extracto de levadura disminuye el tiempo de la

fase de latencia empleando lodo activado como

inoacuteculo

Por lo que la adicioacuten de extracto de

levadura promueve una mejor adaptacioacuten de los

microorganismos para consumir el sustrato lo

que conlleva a una mayor produccioacuten de

hidroacutegeno o la obtencioacuten de biogaacutes con una

mayor concentracioacuten de hidroacutegeno (Kalil et

al2009 Alvarado-Cuevas et al 2013 Zhang et

al 2014)

Sustra

to

Pretratamie

nto de

sustrato

Inoacuteculo Pretratamie

nto de

inoacuteculo

Rendimie

nto

(mL H2 g

SV)

Referenc

ia

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Lodo

anaerobio

Sin

pretratamien

to

106 mL Peacuterez et

al 2015

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Microflora

nativa

Sin

pretratamien

to

70

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Composta

de estieacutercol

vacuno

Teacutermico 10 Fan et

al 2006

Paja de

trigo

HCl +

Calentamiento de

microondas

Composta

de estieacutercol vacuno

Teacutermico 680

Paja de

trigo

Enzimaacutetico

epa

Trichoderm

a

Lodo

anaerobio

Teacutermico

90degC 10

min

155 Queacutemeacutene

ur et al

2012

Pasto Ensilado

fermentacioacute

n con aacutecido

laacutectico pH lt40

Microflora

nativa

Ensilado 378plusmn58m

L H2 g

ensilado

Li et al

2012

Ensilad

o de

pasto

Quiacutemico

4 NaOH

24 h 20degC

Lodo

anaerobio

Teacutermico

hervido 30

min

65 Pakarine

n et al

2009

Paja de

maiacutez

Sin

pretratamien

to

C

butyricum

AS1209

Sin

pretratamien

to

90 Li y

Chen

2007

Paja de

maiacutez

15 MPa 10

min

C

butyricum

AS1209

Sin

pretratamien

to

680

Planta

de

sorgo

130degC 30

min

C

saccharolyti

cus (DSM8903)

Sin

pretratamien

to

324 Ivanova

et al

2009

Planta

de

jitomat

e

Sin

pretratamien

to

Microflora

nativa

Sin

pretratamien

to

374 (T4) y

93 (T8)

Este

estudio

Planta

de

jitomat

e

Sin

pretratamien

to

Lodo

anaerobio

Teacutermico

100degC 24 h 50 (T7)

Tabla 5 Rendimiento de produccioacuten de hidroacutegeno a partir

de residuos lignocelulosicos

Fuente Elaboracioacuten Propia

En nuestro estudio se obtuvo un mayor

rendimiento al emplear inoacuteculo Nat en medio

mineral B suplementado con extracto de

levadura (T4) que al usar medio mineral C (T6)

o medio mineral D (T8) tratamientos en los

cuales se adicionoacute una fuente de nitroacutegeno

inorgaacutenica (NH4Cl)

No obstante el inoacuteculo LA mostroacute un

comportamiento diferente con respecto al

inoacuteculo Nat ya que eacuteste no tuvo una mejora en

la produccioacuten de hidroacutegeno al adicionar extracto

de levadura El uacutenico medio mineral con el cual

se obtuvo produccioacuten de hidroacutegeno a partir de

este consorcio bacteriano fue el medio mineral

D

8

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Comparacioacuten de rendimientos de produccioacuten

de hidroacutegeno con respecto a otros estudios

El rendimiento obtenido en los tratamientos T4

T7 y T8 fue similar con respecto a lo reportado

por otros autores los cuales indican un

rendimiento de 10 a 680 mLg SV a partir de

residuos lignoceluloacutesicos como paja de maiacutez

paja de trigo planta de sorgo y ensilado de pasto

(Li y Chen 2007 Ivanova et al 2009 Pakarinen

et al 2009 Li et al 2012 Queacutemeacuteneur et al

2012 Peacuterez et al 2015) Con respecto al estudio

realizado por Peacuterez et al 2015 en el que se usoacute

como inoacuteculo microflora nativa procedente del

sustrato nuestro rendimiento obtenido en el

tratamiento T4 fue superior

En cambio en los estudios en los que se

llevoacute a cabo un pretratamiento teacutermico o

quiacutemico del sustrato con o sin pretratamiento del

inoacuteculo (Fan et al 2006 Li y Chen 2007) el

rendimiento que se obtuvo en nuestro estudio a

partir de planta de jitomate es inferior Para los

estudios en los cuales se llevoacute a cabo un

pretratamiento bioloacutegico del sustrato ya sea

ensilado o enzimaacutetico (Li et al 2012

Queacutemeacuteneur et al 2012) el rendimiento

conseguido en dichas investigaciones fue similar

al nuestro (Tabla 4 y 5)

Es importante resaltar que el maacutes alto

rendimiento obtenido en nuestro estudio (374

mL H2g SV) se dio en el tratamiento en que se

empleoacute microflora nativa (T4) es decir no fue

necesario antildeadir un inoacuteculo externo Ademaacutes no

se llevoacute a cabo ninguacuten tipo de pretratamiento

teacutermico bioloacutegico o quiacutemico del sustrato

Fuente Suma de

Cuadrados Gl

Cuadrado

Medio

Razoacuten-

F

Valor-

P

Efectos Principales

AInoacuteculo 464403 1 464403 4464 00002

BMedio Mineral 956527 3 318842 3065 00001

Interacciones

Ab 992527 3 330842 3180 00001

Residuos 8322 8 104025

Total (Corregido) 249668 15

Tabla 6 Anaacutelisis de Varianza para evaluar el efecto del

tipo de ldquoInoacuteculordquo y ldquoMedio mineralrdquo para la produccioacuten

de H2 (mL H2 g SV) a partir de la digestioacuten anaerobia de

residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Anexos

Meacutetodo 950 porcentaje Tukey HSD

Inoacuteculo Casos Media

LS

Sigma

LS

Grupos

Homogeacuteneos

LA 8 12 114031 X

Nat 8 11975 114031 X

Contraste Sig Diferencia +- Liacutemites

LA - Nat -10775 371878

indica una diferencia significativa

Tabla 7 Pruebas de Muacuteltiple Rangos para la Produccioacuten

de H2 (mL H2g SV) por factor ldquoInoacuteculordquo a partir de la

digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Meacutetodo 950 porcentaje Tukey HSD

Medio

mineral

Casos Media

LS

Sigma

LS

Grupos

Homogeacuteneos

C 4 0 161265 X

A 4 0 161265 X

D 4 745 161265 X

B 4 189 161265 X

Contraste Sig Diferencia +- Liacutemites

A - B -189 730076

A - C 0 730076

A - D -745 730076

B - C 189 730076

B - D 1145 730076

C - D -745 730076

indica una diferencia significativa

Tabla 8 Pruebas de Muacuteltiple Rangos para la Produccioacuten

de H2 (mL H2g SV) por factor ldquoMedio mineralrdquo a partir

de la digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Agradecimiento

SCM agradece al Consejo Nacional de Ciencia y

Tecnologiacutea (CONACYT) por su apoyo a traveacutes

de la beca no 442714 para realizar sus estudios

de doctorado

Conclusiones

El tipo de inoacuteculo y la composicioacuten del medio

mineral tuvieron efecto significativo sobre la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de la

fermentacioacuten anaerobia de residuos de planta

jitomate El inoacuteculo procedente de la microflora

nativa de la planta de jitomate (Inoacuteculo Nat)

presenta un mejor comportamiento en la

produccioacuten de H2 con respecto al inoacuteculo

presente en el lodo anaerobio pretratado (Inoacuteculo

LA)

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ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

La adicioacuten de extracto de levadura

mejoroacute la adaptacioacuten de los microorganismos

que conforman el Inoacuteculo Nat lo cual se vio

reflejado en una mayor produccioacuten a un menor

tiempo de incubacioacuten Por otro lado a una

concentracioacuten de buffer fosfatos de 0075 M se

observoacute produccioacuten de hidroacutegeno pero al

incrementar el valor a 01 M se presentoacute una

inhibicioacuten de la produccioacuten Por tanto el maacutes

alto rendimiento obtenido fue de 374 mL H2g

SV al emplear Inoacuteculo Nat y medio mineral con

extracto de levadura a una concentracioacuten de

buffer fosfatos de 002 M (Medio mineral B)

Para posteriores trabajos se recomienda realizar

un proceso de optimizacioacuten de la concentracioacuten

de extracto de levadura y del buffer fosfatos en

la produccioacuten de hidroacutegeno empleando

microflora nativa de la planta de jitomate En

nuestro estudio no se llevoacute a cabo ninguacuten

pretratamiento teacutermico bioloacutegico o quiacutemico al

sustrato para lograr rendimientos similares o

superiores a lo reportado en la literatura para

otros tipos de residuos lignoceluloacutesicos

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Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la

irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico

Study of the evolution of C N Chl in green microalgae considering solar irradiation

through a dynamic model

GUZMAacuteN-PALOMINO Abrahamdagger AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro

Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero Tecnoloacutegico Nacional de Meacutexico

ID 1er Autor Abraham Guzmaacuten-Palomino ORC ID 0000-0001-6333-978X CVU CONACYT ID 415369

ID 1er Coautor Luciano Aguilera-Vaacutezquez ORC ID 0000-0001-8095-6528 CVU CONACYT ID 123018

ID 2do Coautor Pedro Martin Garciacutea-Vite ORC ID 0000-0002-4185-5879 CVU CONACYT ID 227310

ID 3er Coautor Ana Mariacutea Mendoza-Martiacutenez ORC ID 0000-0003-2592-9230 CVU CONACYT ID 8374

DOI 1035429JCPE20191961321 Recibido 11 de Abril 2019 Aceptado 30 de Junio 2019

Resumen

Aumentar el aprovechamiento de la irradiacioacuten solar por el

metabolismo fotosinteacutetico de microalgas verdes es necesario

para explotar su potencial como fuente de liacutepidos

carbohidratos pigmentos o compuestos aromaacuteticos como

fuente de biocombustibles o productos de intereacutes Las

microalgas expuestas a la luz solar se adaptan sintetizando

una mayor cantidad de pigmento para disipar la energiacutea

lumiacutenica incidente a su vez la sobresaturacioacuten de los

fotosistemas celulares pero reducen la eficiencia del uso de

la luz La fotoaclimatacioacuten se describe por el contenido en

masa de clorofila en relacioacuten al contenido de carbono en la

biomasa (g Chlg C) En un fotobiorreactor al aire libre la

irradiancia depende de la geografiacutea la eacutepoca del antildeo y de las

condiciones atmosfeacutericas En la presente propuesta se

establece el estudio de la generacioacuten de biomasa de

microalgas como una funcioacuten dinaacutemica de la irradiancia y los

nutrientes a partir de estequiometriacutea variable representada

como CNChl y la asimilacioacuten primaria de los nutrientes

como nitrato (N) y amonio (A) en GC Los resultados de

investigacioacuten muestran una evolucioacuten de GC NC ChlC y

la biomasa como C (carbono) en diferentes escenarios de

parametrizacioacuten mostrando resultados consistentes

Microalgas Biomasa Modelado

Abstract

Increasing the use of solar irradiation by the photosynthetic

metabolism of green microalgae is necessary to exploit its

potential as a source of lipids carbohydrates pigments or

aromatic compounds as a source of biofuels or products of

interest Microalgae exposed to sunlight are able to adapt by

synthesizing a greater amount of pigment to dissipate the

incident light energy controlling the supersaturation of

cellular photosystems but reducing the efficiency of the use

of light The photoacclimation is described by the content of

chlorophyll mass in relation to the carbon content in the

biomass (g Chl g C) In an outdoor photobioreactor

irradiance depends upon geographical location time of year

and atmospheric conditions In the present proposal the

generation of biomass is established as a dynamic function of

the nutrients represented as C NChl and the primary

assimilation of nutrients as Nitrate (N) and Ammonium (A)

The results of this research show an evolution of G C N C

Chl C and biomass as C (carbon) in different scenarios of

parameterization showing consistent results

Microalgae Biomass Modelling

Citacioacuten GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y

MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 13-21

Correspondencia del Autor (Correo electroacutenico lucianoaguileraitcmedumx)

dagger Investigador contribuyendo como primer autor

ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano

GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

Actualmente existe una preocupacioacuten derivada

del raacutepido crecimiento de la poblacioacuten mundial

y a que los avances en la tecnologiacutea han

incrementado la demanda energeacutetica la cual se

proyecta a incrementar en un 50 o maacutes para el

antildeo 2030 (Enamala et al 2018 Raheem

Prinsen Vuppaladadiyam Zhao amp Luque

2018 Shuba amp Kifle 2018)

Las reservas de petroacuteleo no pueden

compensar la tasa de consumo actual ya que es

105 veces maacutes raacutepida de lo que la naturaleza

puede proveer Adicionalmente el uso de los

combustibles foacutesiles produce emisiones de gases

de efecto invernadero y la subsecuente

acumulacioacuten de CO2 en la atmosfera lo que

produce el calentamiento global Encontrar

nuevas fuentes energeacuteticas que sean tecnoloacutegica

y econoacutemicamente viables es sumamente

importante hoy en diacutea (Enamala et al 2018

Finkel et al 2010 Raslavičius Striūgas amp

Felneris 2018 Shuba amp Kifle 2018)

Una alternativa es el uso de organismos

fotosinteacuteticos capaces de aprovechar la luz solar

para producir compuestos orgaacutenicos Entre

estos destacan las microalgas que se han

estudiado como fuente de biomasa viable para

producir biocombustibles alimentos

medicamentos entre otros productos de intereacutes

comercial (Garciacutea Vizcaiacuteno 2018 Gupta Lee

amp Choi 2015 Kenny amp Flynn 2014 2017)

Ademaacutes a traveacutes de la fotosiacutentesis las

microalgas reducen las emisiones de dioacutexido de

carbono en la atmosfera (Rizwan Mujtaba

Memon Lee amp Rashid 2018)

La luz es el factor maacutes importante

afectando la cineacutetica de la fotosiacutentesis algal En

general la mayoriacutea de los sistemas de cultivo en

masa de las microalgas estaacuten limitados por la luz

porque esta es faacutecilmente absorbida y dispersada

por las ceacutelulas de las algas (Jeon Cho amp Yun

2005 Lehmuskero Chauton amp Bostroumlm 2018

Url amp Geider 2012)

Sin embargo comprender el

comportamiento metaboacutelico de las microalgas

para producir biomasa es principalmente

importante Es por ello por lo que a continuacioacuten

se describe maacutes acerca de dicho tema La

composicioacuten quiacutemica de las ceacutelulas de las algas

variacutea con la disponibilidad de nutrientes

(Davidson 1996)

Se ha simulado el metabolismo de

diferentes tipos de fitoplancton para relacionar la

asimilacioacuten de nutrientes con la composicioacuten

quiacutemica celular Es importante utilizar modelos

realistas que reflejen el estatus de los nutrientes

apropiadamente (K Flynn amp Butler 2007

Kevin J Flynn 2001a 2001b Kevin J Flynn

2013 Lopez Ponte 2019) Este tipo de modelos

desarrollados para muacuteltiples grupos de

fitoplancton tiene utilidad potencial en su

aplicacioacuten para dilucidar informacioacuten propia del

metabolismo intracelular que tiene lugar en los

diferentes sistemas de produccioacuten de biomasa

derivada de microalgas (Kevin J Flynn 2001a)

Tradicionalmente los modelos

matemaacuteticos para el crecimiento de algas

emplean las ecuaciones de Monod o los modelos

de cocientes de Caperon y Droop (Caperon

1967) En tales modelos la mayoriacutea de los

detalles bioloacutegicos son combinados en

ecuaciones singulares Aunque tienen la ventaja

de la simplicidad pero la desventaja de que no

pueden manipular interacciones multinutritivas

por lo que pueden llegar a tener poca

aproximacioacuten a la realidad Una estrategia

alternativa es formular modelos con

componentes mecanicistas que imiten mucho

maacutes de cerca las interacciones fisioloacutegicas de las

algas(Kevin J Flynn 2001a Garciacutea-Camacho

Saacutenchez-Miroacuten Molina-Grima Camacho-

Rubio amp Merchuck 2012)

El modelo que se seleccione debe reflejar

el del sistema objetivo en una amplia gama de

factores externos y por lo tanto ser de uso maacutes

general Previamente se han descrito modelos

mecanicistas individuales para varios aspectos

de fisiologiacutea de nutrientes en el fitoplancton

como aquellos que describen la interaccioacuten el

amonio y nitrato seguidos por descripciones de

la aclimatacioacuten a la luz y liberacioacuten de nitritos y

nutricioacuten de fosfato Los modelos mecanicistas

anteriormente mencionados pueden ser

modificados para contemplar casos que

correspondan a especies y condiciones de luz

particulares Los requerimientos de un escenario

en particular dictan el nivel de detalle necesario

en el modelo de microalgas a establecer Las

caracteriacutesticas comunes incluyen el uso

generalizado de los procesos de

retroalimentacioacuten que emplean funciones

hiperboacutelicas y sigmoidales rectangulares

normalizadas a los tamantildeos maacuteximos de las

reservas de nutrientes que regulan el transporte

de los nutrientes intracelulares (K J Flynn 1997

Kevin J Flynn 2013)

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GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano

GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

El objetivo de este trabajo es estudiar la

evolucioacuten dinaacutemica de los cocientes de

Glutamina- Carbono (GC) Nitroacutegeno-Carbono

(NC) Clorofila-Carbono (ChlC) y el

crecimiento de biomasa (C) en microalgas

verdes a traveacutes de un modelo mecanicista que

responda a cambios de la irradiancia (DFF) y

disponibilidad de nutrientes como Amonio (A) y

Nitroacutegeno (N) utilizando herramientas de

modelado matemaacutetico para simular fenoacutemenos

como la fotoaclimatacioacuten e interacciones

multinutriente en dichos organismos El presente

modelo contiene paraacutemetros que pueden

estimarse a partir de experimentos o anaacutelisis de

datos existentes que pueden utilizarse para

reproducir escenarios particulares de simulacioacuten

que precisen significativamente el

comportamiento de algas especiacuteficos

El esquema del modelo dado en la Figura

1 contiene cuatro variables de estado

describiendo la biomasa (C) los cocientes-C de

glutamina (GC) nitroacutegeno (NC) y clorofila

(ChlC) Debido a que todos los cocientes de

nutrientes variacutean no solo con la entrada y salida

de nutriente si no tambieacuten con los cambios en la

cantidad de C (debido a la respiracioacuten y la

fotosiacutentesis) todas las ecuaciones diferenciales

para los cocientes de nutriente en relacioacuten al C

incluyen el termino de velocidad especifica de

crecimiento de Carbono Cmicro (Kevin J Flynn

2001a) Por lo tanto para los nutrientes como X

con cocientes XC (donde XC es la proporcioacuten de

masa XC) se tiene que

d

dt∙ XC =

1

119862∙

d

dt∙ X minus Cmicro

119883

119862 (1)

Figura 1 Esquema de la estructura del modelo dinaacutemico

que muestra los principales flujos dentro y fuera de las

variables de estado (flechas soacutelidas y Tabla s) de los

paraacutemetros externos (nutrientes e irradiancia DFF) Las

variables de estado y los paraacutemetros externos se explican

en las Tablas 5 y 6 respectivamente

Fuente Elaboracioacuten propia basada en (Kevin J Flynn

2001a)

Metodologiacutea

La metodologiacutea empleada para desarrollar el

presente trabajo se describe a continuacioacuten El

presente modelo ha sido desarrollado a partir de

la combinacioacuten de componentes simplificados

de modelos dinaacutemicos mecanicistas previamente

propuestos para simular el crecimiento de

fitoplancton como funciones de amonio nitrato

luz fierro silicio fosforo y temperatura Como

siguiente paso los componentes se modificaron

para personalizar la estructura omitiendo

secciones que no aplican para el objetivo de

estudio En el presente modelo no se consideran

organismos de tipo diatomeas por lo que todas

las ecuaciones referentes a el silicio del modelo

original se removieron esto debido a que las

diatomeas contienen siacutelice en su pared celular y

las microalgas verdes no

Asiacute mismo tambieacuten se omitieron aquellas

ecuaciones que hacen referencia al tamantildeo

ceacutelulas debido a que solo se llevaran a cabo

simulaciones de la biomasa C sin dicho efecto

Para estaacute primera etapa de construccioacuten del

modelo no es necesario incluir una entrada de

Fierro (Fe) por lo que tambieacuten se omitioacute dentro

del modelo Asiacute mismo las reservas orgaacutenicas e

inorgaacutenicas de fosforo no fueron consideradas

De las simplificaciones anteriores se

seleccionaron los paraacutemetros auxiliares y

constantes referentes a la descripcioacuten de la

dinaacutemica de GC NC ChlC y la produccioacuten de

biomasa C en el tiempo que podriacutea ser utilizado

en microalgas verdes

Una vez realizada la simplificacioacuten de

variables se codificoacute el modelo en GNUreg

Octave versioacuten 441 La resolucioacuten numeacuterica

del modelo se realizoacute con funcioacuten la LSODE

(Livermore Solver for ODEs) la cual resuelve

expliacutecitamente sistemas stiff y no stiff

empleando la matriz Jacobiana (Gallagher amp

Smith 2018 Hindmarsh 1982) Para la

representacioacuten graacutefica de dichas soluciones se

utilizoacute Pythonreg 371 Posteriormente se fijaron

distintos escenarios de simulacioacuten para observar

el comportamiento del modelo las cuales se

discuten en el apartado de resultados La

descripcioacuten de las ecuaciones utilizadas se

muestra a continuacioacuten La descripcioacuten de los

paraacutemetros y sus valores se puede revisar en la

seccioacuten de anexos en las tablas 5 6 7 y 8

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la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

El valor maacuteximo del transporte de

amonio varia con el estatus del N en las ceacutelulas

y estaacute representado por Atq Las pruebas

condicionales booleanas (dentro de en las

ecuaciones) toman el valor de 1 si es verdadero

y 0 si es falso Ver tablas 56 y 7

Atq = 1

NCgt A4 ∙ Um ∙ A1 (1 minus e

A2∙(1

NCminusA4)

) ∙

eA3∙(

1

NCminusA4)

(2)

El transporte del amonio (At) estaacute

limitado por Atq que a su vez es una funcioacuten

hiperboacutelica de la disponibilidad del amonio

externo y se representa por la concentracioacuten

intracelular de un producto temprano de la

asimilacioacuten inorgaacutenica de nitroacutegeno (GC)

usando una funcioacuten sigmoidal Para ello se

utilizoacute la ecuacioacuten (3) Ver tablas 5 6 7 y 8

At = (AmG minus GC) gt 0 ∙ Atq ∙A

A+Akt∙

(1minusGC

AmG)4

(1minusGC

AmG)4+AhG

(3)

Para representar el valor maacuteximo de

transporte del nitrato se utilizoacute la ecuacioacuten (4)

Ver tablas 56 y 7

Ntq = 1

NCgt A4 ∙ Um ∙ N1 (1 minus

eN2∙(1

NCminusN4)) ∙ eN3∙(

1

NCminusN4)

(4)

Las interacciones de corto plazo entre el

amonio y el nitrato estaacuten controladas por el valor

de GC GC se sintetiza usando las entradas de N

de las fuentes inorgaacutenicas de N Dichas

interacciones se plantean en la ecuacioacuten (5) Ver

tablas 5 67 y 8

Nt = (

GC lt NmG1 ∙ Ntq ∙

N

N+Nkt∙

(1minusGC

NmG1)

4

(1minusGC

NmG1)

4+NhG

) +

(

GC lt NmG2 ∙ 10 ∙ Ntq ∙

N

N+200+Nkt∙

(1minusGC

NmG2)

4

(1minusGC

NmG2)

4+NhG

) (5)

El Nitroacutegeno proveniente de amonio yo

nitrato llevan a cambios en la concentracioacuten de

glutamina GC que a su vez proporciona una

regulacioacuten de retroalimentacioacuten del transporte

Para esta descripcioacuten se utilizoacute la ecuacioacuten (6)

Ver tablas 5 6 y 7

d

dt∙ GC = At + Nt minus 2 ∙ Um ∙ NCm ∙ NCu ∙ (2 minus

NCminus1198731198620

NCmminus1198731198620) ∙

(1+119860119860119898119866)∙GC

119866119862+119860119860119898119866∙ CAAs minus GC ∙

Cmicro (6)

El nitroacutegeno proporcionado por GC es

utilizado para sintetizar todos los componentes

nitrogenados NC La velocidad de siacutentesis de

NC es una funcioacuten hiperboacutelica de GC y estaacute en

funcioacuten del estatus de nitroacutegeno actual

representado por NCmicro La ecuacioacuten 7 se utilizoacute

para representar la velocidad de siacutentesis de NC

Ver tablas 6 7 y 8

d

dt∙ NC = Um ∙ NCm ∙ NCmicro ∙ (2 minus

NCminusNC0

NCmminusNC0) ∙

(1+AAmG)∙GC

GC+AAmG∙ CAAs minus NC ∙ Cmicro (7)

Para describir la velocidad relativa de

crecimiento NCmicro se utilizoacute la ecuacioacuten (8)

Ver tablas 5 6 y 7

NCmicro = NCm gt NC ∙(NCminusNC0)

(NCminusNC0)+NCk∙

(NCminusNC0)+NCk

(NCmminusNC0)+ NC ge

NC0 (8)

La fotoaclimatacioacuten se describe por la

proporcioacuten algal de clorofila con respecto a C-

biomasa (ChlC) Para representar los cambios

en el contenido de la clorofila representada como

se utilizoacute la ecuacioacuten (9) La siacutentesis de ChlC

estaacute en funcioacuten del estatus de N (ecuacioacuten 8) La

siacutentesis de ChlC es una funcioacuten hiperboacutelica

limitada por el maacuteximo valor (ChlCm) posible

de ChlC Ver tablas 5 6 y 7

d

dt∙ ChlC = ChlCm ∙ NCmicro ∙ M ∙ Um ∙ CAAs ∙

(1 minusPS

Pqm) ∙

(1minusChlC

ChlCm)

(1minusChlC

ChlCm)+005

minus ChlC ∙ (Cmicro +

(1 minus NCmicro )) ∙ Um (9)

Para representar la maacutexima velocidad de

fotosiacutentesis Pqm se utilizoacute la ecuacioacuten (10) la

cual estaacute en funcioacuten de NC descrita por NCmicro Ver tablas 6 7 y 8

Pqm = (Um + rbasal + Ncm ∙ Um ∙ (redco +

15)) ∙ NCmicro (10)

Para representar la respiracioacuten basal se

utilizoacute la ecuacioacuten (11) La funcioacuten con NC

asegura que las ceacutelulas cesan su respiracioacuten a

altos valores NC Ver tablas 5 6 y 7

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rbasal = Um ∙ 005 ∙101(

NCmminusNC

NCmminusNC0)

(NCmminusNC

NCmminusNC0)+001

(11)

Para representar la disponibilidad de

Carbono CAAs que controla la siacutentesis de ChlC

en la oscuridad Se utilizoacute la ecuacioacuten (12) Ver

tablas 5 6 y 7

CAAs = (PS

Pqm+ Crva) lt 1 ∙ (

PS

Pqm+

Crva) + (PS

Pqm+ Crva) ge 1 (12)

Para representar la reserva de C

disponible para los procesos metaboacutelicos en la

oscuridad o a muy bajas cantidades de luz

cuando la fotosiacutentesis es inadecuada se utilizoacute la

ecuacioacuten (13) Ver tablas 5 6 y 7

Crva =(1minus

NC

Cres1)

4

(1minusNC

Cres1)

4+Cres2

(13)

Para describir la disponibilidad de C para

la siacutentesis de aminoaacutecidos y siacutentesis de clorofila

y la regulacioacuten de la reduccioacuten de nitrato a

amonio se utilizoacute la ecuacioacuten (14) Ver tablas 5

6 y 7

Nred = (PS

Pqm+ 006 ∙ Crva) lt 1 ∙

(PS

Pqm+ 006 ∙ Crva) + (

PS

Pqm+ 006 ∙

Crva) ge 1 (14)

Para describir la fotosiacutentesis con los

valores actuales de ChlC Pqm y irradiancia

(DFF) se utilizoacute la ecuacioacuten (15) Ver tablas 5

6 y 7

PS = Pqm ∙ TanH (α ∙ DFF ∙ChlC

Pqm ) (15)

La velocidad especifica de crecimiento

de C-biomasa representa el balance entre la

fotosiacutentesis y la respiracioacuten y para ello se utilizoacute

la ecuacioacuten (16) Ver tablas 5 6 y 7

Cmicro = PS minus (redco ∙ Nt + (At + Nt) ∙ 15 +rbasal) (16)

El incremento de C-biomasa esta dado

por la ecuacioacuten (17) Ver tablas 5 y 6 d

dt∙ C = C ∙ Cmicro (17)

Resultados

Los resultados de esta simulacioacuten muestran una

evolucioacuten de ChlC NC GC y C por 24 horas

en 3 escenarios de simulacioacuten distintos ver

Tabal 1 Los valores de los vectores numeacutericos

obtenidos en la simulacioacuten se pueden observar

en las tablas 2 3 y 4 respectivamente

En el Grafico 1 se puede observar los

resultados de la evolucioacuten de las variables

dinaacutemicas de ChlC NC GC y C por 24 horas

bajo condiciones saturadas de nutrientes N y A

y de irradiancia En el Grafico 2 se puede

observar los resultados de la evolucioacuten de las

variables dinaacutemicas de ChlC NC GC y C por

24 horas bajo condiciones saturadas de

nutrientes N y A y deficientes de irradiancia En

el Grafico 3 se puede observar los resultados de

la evolucioacuten de las variables dinaacutemicas de ChlC

NC GC y C por 24 horas bajo condiciones

saturadas de irradiancia pero limitadas de

nutrientes N y A

Discusioacuten de los resultados

En el grafico 1 se observa que debido a que el

nitroacutegeno como amonio (A) yo nitroacutegeno (N) de

la glutamina es la fuente para la siacutentesis de todos

los otros componentes nitrogenados en la ceacutelula

su valor decae a medida que se forman los

compuestos nitrogenados y por lo tanto se refleja

un aumento desde 007 gNgC hasta 01565206

gNgC en el valor de NC en un periodo de 24

horas Tambieacuten se observa que la velocidad de

siacutentesis de NC es una funcioacuten hiperboacutelica de

GC en funcioacuten del estado actual de NC en cada

unidad de tiempo regulado por NCu Asiacute mismo

se puede notar el decremento en el valor de la

clorofila a medida que la biomasa (C) se genera

En el graacutefico 2 se puede observar que el

valor de ChlC en ausencia de irradiancia

permanece esto puede ser debido a que no es

utilizada para la produccioacuten de biomasa El

decaimiento en la evolucioacuten dinaacutemica de la

biomasa puede deberse a la ausencia de

irradiancia para realizar los procesos

fotosinteacuteticos Asiacute mismo se observa un

decaimiento brusco de GC entre la primera y

octava hora pero despueacutes tiende a estabilizarse

por el control de retroalimentacioacuten En el graacutefico

3 se observa que el incremento de NC en el

tiempo es menor cuando las ceacutelulas son

expuestas a concentraciones bajas de nutrientes

a pesar de ello se presenta un leve incremento en

el valor de la biomasa hasta 00085307 gChlgC

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Por otra parte las interacciones de corto

plazo entre la asimilacioacuten de N y A estaacuten

controladas por el valor de GC GC se sintetiza

asiacute misma usando las entradas de las fuentes de

N provenientes del control de

retroalimentacioacuten

Escenario Paraacutemetros externos

N A DFF

1 10 10 1000

2 10 10 0

3 1 1 1000

Tabla 1 Valores de los paraacutemetros externos A N y DFF

colocados en cada escenario de simulacioacuten Ver tabla 8

Variables Valor inicial Valor final Grafico

GC 0005 00017483 gN119892minus1C

NC 007 01565206 gN119892minus1C

ChlC 009 00106285 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 00645372 microgC119897minus1C

Tabla 2 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 1 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Variables Valor inicial Valor final Unidad

GC 0005 00073072 gN119892minus1C

NC 007 01765232 gN119892minus1C

ChlC 009 00906502 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 00085307 microgC119897minus1C

Tabla 3 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 2 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Variables Valor inicial Valor final Unidad

GC 0005 000022903 gN119892minus1C

NC 007 007867897 gN119892minus1C

ChlC 009 001097006 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 001984692 microgC119897minus1C

Tabla 4 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 3 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Graacutefico 1 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 1

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Graacutefico 2 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 2

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Graacutefico 3 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 3

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Conclusiones

Se encontroacute que el modelo mecanicista

propuesto puede ser capaz de simular la

evolucioacuten dinaacutemica de los cocientes de

Glutamina- Carbono (GC) Nitroacutegeno-Carbono

(NC) Clorofila-Carbono (ChlC) y el

crecimiento de biomasa (C) en microalgas

verdes El modelo responde a cambios de la

irradiancia (DFF) y disponibilidad de nutrientes

como Amonio (A) y Nitroacutegeno (N) con las

herramientas de modelado matemaacutetico utilizadas

y muestra coherencia con planteamientos

teoacutericos revisados en la literatura (K Flynn amp

Butler 2007 Kevin J Flynn 2001a 2001b

Kevin J Flynn 2013)

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Prospectivas

En trabajos futuros se puede acoplar la

asimilacioacuten y transporte de fosforo (PC) entre

otros paraacutemetros externos Asiacute mismo tambieacuten

se pueden realizar trabajos de parametrizacioacuten

de las constantes candidatas mostradas en la

Tabla 7 para especies de microalgas particulares

que conlleven a disentildeos experimentales que

permitan obtener modelos particulares e

incrementar la informacioacuten de condiciones

oacuteptimas de obtencioacuten de biomasa derivada de

sistemas de cultivo de algas para la extraccioacuten de

diversos metabolitos de intereacutes en nuestra

regioacuten

Anexos

Ec Variable

de estado

Descripcioacuten Valor

Inicial

Unidad

6 GC GlutaminaCar

bono

ltAmG gN119892minus1C

7 NC NitroacutegenoCar

bono

ltNCm

NCo gN119892minus1C

9 ChlC ClorofilaCarb

ono

ltChlCm gChl119892minus1C

17 C Biomasa A criterio microgC119897minus1C

Tabla 5 Variables de estado y valores iniciales Fuente

(Kevin J Flynn 2001a)

Auxiliar Descripcioacuten Unidad

At Velocidad de transporte del

amonio gN119892minus1C119889minus1

Atq Transporte maacuteximo posible de

amonio a un dado NC gN119892minus1C119889minus1

rbasal Respiracioacuten basal gC119892minus1119862119889minus1

CAAs Disponibilidad de (C) para la

asimilacioacuten de (N) en

oscuridad

Ad

Crva Reservar disponible de (C) 0

si es miacutenimo 1 si es maacuteximo Ad

Cmicro Velocidad especifica de

crecimiento del cociente (C) gC119892minus1119862119889minus1

NCu NC normalizado 0 si es

miacutenimo y 1 si es maacuteximo Ad

Nred Disponibilidad normalizada

de (C) para la reduccioacuten de

nitrato en oscuridad 0 si es

miacutenimo y 1 si es maacuteximo

Ad

Nt Velocidad de transporte del

nitrato gN119892minus1119862119889minus1

Ntq Velocidad maacutexima de

transporte de nitrato a NC

actual

gN119892minus1119862119889minus1

PS Velocidad de fotosiacutentesis gC119892minus1119862119889minus1

Tabla 6 Variables auxiliares Ad adimensional

Fuente (Kevin J Flynn 2001a)

Constante Definicioacuten valor Unidad

A1 Constante que relaciona

NC y At

-0705 gN119892minus1C

A2 Constante que relaciona NC y At

0982 Ad

A3 Constante que relaciona

NC y At

-1061 Ad

A4 Constante que relaciona

NC y At el miacutenimo

CN para el transporte

de amonio

534 gC119892minus1119873

AAmG Constante de saturacioacuten

media para la siacutentesis de

AAs de la glutamina

0001 gN119892minus1C

AhG Constante para la

supresioacuten del transporte

de amonio por GC

01 Ad

Akt Constante de saturacioacuten media para el transporte

de amonio

14 microgN119897minus1

α 8times 10minus6

(119898minus2119892minus1119862ℎ119897 119886)(119892119862119898119900119897minus1119891119900119905oacute119899)

AmG Tamantildeo de la piscina de

glutamina que para el

transporte de amonio

001 gN119892minus1C

ChlCm Contenido maacuteximo de

ChlC

009

Cres1 Constante para

computar reserva de C valor de NC cuando

Crva es 0

02 gN119892minus1C

Cres2 Constante para

computar reserva de C

001 Ad

M

Escalar para optimizar

fotoaclimatacioacuten

2 Ad

N1

Constante que relaciona

NC y Nt

-02907 gN119892minus1C

N2

Constante que relaciona

NC y Nt

17644 Ad

N3

Constante que relaciona

NC y Nt

-19282 Ad

N4

Constante que relaciona

NC y Nt

547 gC119892minus1119873

NCk Constante para el

control de N del C-

crecimiento especifico

1 gN119892minus1C

NCm

Maacuteximo NC bajo crecimiento balanceado

015 gN119892minus1C

NhG Constate para la supresioacuten del transporte

de N por la glutamina

005 Ad

Nkt Constate de saturacioacuten

media para el

transportador de nitrato

1 valor para el

transportador 2 es 200

veces este valor

14 microgN119897minus1C

NmG1 Tamantildeo de la piscina de

glutamina que detiene el transporte de nitrato a

traveacutes del transportador

1

0003 gN119892minus1C

NmG2 Tamantildeo de la piscina de

glutamina que detiene el

transporte de nitrato a

traveacutes del transportador

2

0006 gN119892minus1C

redco

Respiracioacuten de Carbono

de apoyo para la reduccioacuten de nitrato a

amonio

171 gC119892minus1119873

Um

Maacutexima velocidad de

crecimiento

1 gC119892minus1119862119889minus1

Tabla 7 Constantes aquellas marcadas son candidatas

para parametrizacioacuten Ad adimensional

Fuente (Kevin J Flynn 2001a)

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Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad

A Amonio microgN119897minus1

N Nitrato microgN119897minus1

DFF Densidad de flujo de

fotones micromol119898minus2119889minus1

Tabla 8 Paraacutemetros externos Fuente (Kevin J Flynn

2001a)

Agradecimiento

Se agradece al Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

por todos los apoyos y servicios prestados por

mis profesores para la realizacioacuten de este trabajo

Asiacute mismo a CONACYT por la beca otorgada

durante mis estudios de doctorado

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21

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 13-21

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano

GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

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22

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 22-30

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Design and construction of a Compound Parabolic Concentrator (CPC) Solar

collector for air heating testing

SORIA-MEJIacuteA Sandra Palomadagger AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten

y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo-Ingenieriacutea en Energiacuteas Renovables

ID 1er Autor Sandra Paloma Soria-Mejiacutea ORC ID 0000-0002-0664-0688

ID 1er Coautor Joseacute Emmanuel Ambrosio-Juarez ORC ID 0000-0002-4741-9269 CVU CONACYT ID 563918

ID 2do Coautor Ivaacuten Toledo-Manuel ORC ID 0000-0001-9498-5506 CVU CONACYT ID 477272

ID 3er Coautor Joseacute Sabaacutes-Segura ORC ID 0000-0003-4579-0192 CVU CONACYT ID 891182

DOI 1035429JCPE20191962230 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

En este trabajo se presenta una propuesta de disentildeo y la

evaluacioacuten teoacuterica y experimental de un colector solar de

tipo concentrador paraboacutelico compuesto (CPC) con

absorbedor tubular para pruebas de calentamiento de aire

con rendimientos teacutermicos ideales para aplicaciones como

el secado y sistemas de acondicionamiento de aire El

colector consiste en cuatro concentradores formados de

laacutemina galvanizada que hacen la funcioacuten de reflejar la luz

solar hacia los tubos absorbedores con una relacioacuten de

concentracioacuten de 25 y un semiaacutengulo de aceptacioacuten de

235ordm con el objetivo de no requerir de un sistema de

seguimiento solar El absorbedor es un tubo de cobre

donde el aire circula Con esta propuesta del colector se

obtuvo una eficiencia teoacuterica de 25 lo que representa

una tercia parte de ganancia de energiacutea comparaacutendolo con

un CPC comercial Esta eficiencia se obtuvo de acuerdo a

lo materiales y dimensiones implementados El sistema es

teacutecnicamente factible de utilizarse para procesos de baja

temperatura con calidad promedio de 60 ordmC con lo que se

puede producir ahorros energeacuteticos significativos y

reduciendo la cantidad de emisiones de CO2 favoreciendo

al medio ambiente

Colector solar CCP Calentamiento de aire

Abstract

This paper presents a design proposal and the theoretical

and experimental evaluation of a solar collector of

parabolic concentrator type (CPC) with tubular absorber

for air heating tests with ideal thermal performances for

applications such as drying and conditioning systems air

The collector consists of four concentrators formed of

galvanized sheet that make the function of reflecting the

sunlight towards the absorber tubes with a concentration

ratio of 25 and an acceptance half-angle of 235ordm with the

objective of not requiring a system of solar tracking The

absorber is a copper tube where the air circulates With this

proposal from the collector a theoretical efficiency of

25 was obtained which represents a third part of energy

gain compared to a commercial CPC This efficiency was

obtained according to the materials and dimensions

implemented The system is technically feasible to be used

for low temperature processes with average quality of 60

ordmC which can produce significant energy savings and

reducing the amount of CO2 emissions favoring the

environment

Solar collector CCP Air heating

Citacioacuten SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-

SEGURA Joseacute Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas

de calentamiento de aire Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 22-30

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico josesabastecabasoloedumx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

23

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El crecimiento demograacutefico y su constante

desarrollo generan un desequilibrio ecoloacutegico en

el planeta generando fuentes de contaminacioacuten

que conllevan el deterioro de los recursos

naturales y el calentamiento global incontrolado

Meacutexico presenta una fuerte dependencia de los

combustibles foacutesiles para la generacioacuten de

energiacutea eleacutectrica presentando la tasa de

crecimiento anual de consumo de electricidad

maacutes alta entre los paiacuteses de EUA y Canadaacute con

34 por efecto de la progresiva demanda de

recursos energeacuteticos necesarios para su

expansioacuten econoacutemica (SENER 2015)

El uso de las fuentes de energiacuteas

renovables para la produccioacuten de energiacutea

eleacutectrica y calor en los distintos sectores

reduciriacutea en gran medida los problemas

econoacutemicos y medio ambientales en nuestro

paiacutes La tecnologiacutea que apunta a tener un mayor

auge es la energiacutea solar En Meacutexico se cuenta

con una excelente radiacioacuten solar disponiendo

en promedio anual de 45 a 56 kWhm2 de

radiacioacuten global media diaria (Herrera 2018)

El fin de este proyecto es utilizar la

energiacutea solar disponible mediante el disentildeo y la

fabricacioacuten de un colector solar de tipo

concentrador paraboacutelico compuesto (CPC) como

generador de aire caliente como un instrumento

de pruebas para cualquier aplicacioacuten que

requiera ser utilizado en hora solar punta a una

temperatura inferior a 60deg y que ademaacutes pueda

ser utilizado como una herramienta para el

ahorro de energiacutea Con este trabajo se quiere

fomentar una mayor investigacioacuten en el campo

de la energiacutea solar teacutermica para aplicaciones en

condiciones controladas para procesos de secado

o desinfeccioacuten a temperaturas que no superen los

70deg

Los CPC logran operar entre 30 a 200 degC

(UNAM 2018) asiacute pues en el presente trabajo

se profundiza en el disentildeo construccioacuten y

anaacutelisis del CPC como dispositivo captador de

radiacioacuten solar haciendo fluir el aire a traveacutes de

los tubos absorbedores para alguacuten proceso El

CPC se disentildea empleando materiales que

permiten la captacioacuten y absorcioacuten de la radiacioacuten

solar recibida en el lugar construyendo un

colector solar con cuatro reflectores de laacutemina de

acero galvanizada para formar los

concentradores y redirigir la radiacioacuten solar

desde la abertura hasta los receptores

Se agrega un receptor por cada

concentrador los cuales son encargados de

interceptar la energiacutea solar y transformarla en

energiacutea teacutermica empleando tubos de cobre por

ser un buen conductor teacutermico Su estructura es

realizada a base de materiales metaacutelicos para una

mejor rigidez y duracioacuten

Disentildeo del Colector Paraboacutelico Compuesto

(CPC)

El factor maacutes importante al disentildear este tipo de

colector es la relacioacuten de concentracioacuten que

para un sistema lineal viene dada por la

ecuacioacuten 1 (Duffie amp Beckman 2013)

C = Aa

Ar =

1

sin θa (1)

Para colectores CPC estacionarios el

aacutengulo de aceptacioacuten miacutenimo deberaacute ser igual a

47deg este aacutengulo seraacute capaz de cubrir la

declinacioacuten del sol desde el solsticio de verano

hasta el solsticio de invierno (2 x 235 deg) (Loacutepez

2011)

Un CPC con absorbedor tubular se disentildea

en base a la relacioacuten de concentracioacuten que se

requiere y al diaacutemetro exterior del tubo

absorbedor Para la construccioacuten de la paraacutebola

y la involuta del CPC se toma como referencia la

figura 1

Donde S es un punto geneacuterico en el

reflector el segmento RS es la tangente al tubo

absorbedor O es el centro del tubo r es el radio

del tubo AB es la parte de la involuta y BC es la

paraacutebola de la curva compuesta

Figura 1 Descripcioacuten del CPC para un receptor tubular

Fuente Blanco Gaacutelvez et al 2006

24

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

La ecuacioacuten 2 define el rango de la curva

de la involuta donde θ estaacute dado en radianes

0le θ le [(π

2 ) + θa] (2)

Las siguientes ecuaciones definen las

coordenadas x y para obtener la involuta de la

curva compuesta

x = r ( sin θ - θ cos θ) (3)

y = r (- cos θ - θ sin θ ) (4)

Para la parte de la paraacutebola en la curva

compuesta el rango para el valor del aacutengulo de

disentildeo θ va de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

[(π

2) + θa] le θ le [(

2) -θa] (5)

Donde las ecuaciones para las

coordenadas x y de la paraacutebola son

x = r [sin θ - π

2 + θa + θ - cos(θ - θa)

(1+ sin(θ - θa)) (cos θ)] (6)

y = r [- cos θ - π

2+ θa + θ - cos(θ - θa)

(1+ sin(θ - θa)) (sen θ)] (7)

Las ecuaciones anteriores son

programadas en el software Matlab para obtener

la geometriacutea del CPC teniendo como resultado

la figura 2 en donde el semiaacutengulo de aceptacioacuten

θa es igual a 235deg y el diaacutemetro del tubo

absorbedor es de 00142875 m para un iacutendice de

concentracioacuten de 25 el cual se encuentra dentro

del rango vaacutelido para este tipo de colector

Figura 2 Geometriacutea del Colector ciliacutendrico paraboacutelico

A continuacioacuten se simula el

comportamiento oacuteptico del CPC en el software

Tonatiuh en donde se realiza el trazado de rayos

desde una fuente solar supuesta hacia el CPC y

asiacute observar la reflexioacuten y recepcioacuten de los rayos

solares En la figura 3 se puede observar los

resultados obtenidos de la simulacioacuten donde se

percata que los rayos solares entran en el aacuterea de

abertura del colector luego son reflejados por la

laacutemina para despueacutes ser captados y absorbidos

por el tubo receptor

Figura 3 Comportamiento oacuteptico del CPC simulado en

Tonatiuh

Anaacutelisis Teoacuterico del Rendimiento Teacutermico del

CPC

El caacutelculo del rendimiento de los colectores de

concentracioacuten sigue los mismos lineamientos

generales que para los colectores de placa plana

(Duffie amp Beckman 2013) usando la siguiente

ecuacioacuten

η = Q

u

S ∙ Ac

(8)

Para determinar el calor uacutetil (Qu) se

implementa la ecuacioacuten 9

Qu= FR∙ Aa [S -

Ar

AaUL(Ts - Ta)] (9)

Donde la energiacutea que entra al sistema se

deriva de la radiacioacuten solar absorbida por la

tuberiacutea receptora del colector (S) la cual se

estima para cielo despejado a partir de la

siguiente ecuacioacuten condicionada por la

geometriacutea del colector

S = AC (Gb ∙ τcb∙τCPCb ∙ αb + Gd ∙ τcd ∙

τCPCd ∙ αd + Gg∙ τcg ∙ τCPCg ∙ αg) (10)

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

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Luego es necesario estimar la

contribucioacuten de la radiacioacuten directa (G subiacutendice

b por beam radiation) la radiacioacuten difusa (G

subiacutendice d por diffuse radiation) y la radiacioacuten

reflejada por el suelo (G subiacutendice g por ground-

reflected radiation) donde se consideran los

criterios de las ecuaciones 11 y 12

Gb = F ∙ Gbn ∙ cos θ (11)

Gd =

Gd

C si (β + θa) lt 90deg

Gd

2(

1

C - cos β) si (β + θa) gt 90deg

(12)

Gg= 0 si (β + θa) lt 90degGg

2(

1

C - cos β) si (β + θa) gt 90deg

(13)

De la ecuaciones 12 y 13 seguacuten la

condicioacuten β+ϴa para este caso y sabiendo que el

aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la superficie

horizontal (β) de este colector es 21ordm y el

semiaacutengulo de aceptacioacuten ϴa es igual a 235ordm se

tiene β+ϴa= 445ordm que seraacute menor que 90ordm lo

que conlleva a resolver la ecuacioacuten 12 para

radiacioacuten difusa

Gd =Gd

C (14)

En cuanto a la radiacioacuten reflejada por el

suelo para este disentildeo se despreciara por ser

praacutecticamente nula cumplieacutendose la primera

condicioacuten

Gg= 0 (15)

Con los puntos anteriores determinados

la ecuacioacuten 10 resulta de la siguiente manera

S = AC (Gb ∙ τcb ∙ τCPCb ∙ αb + Gd ∙ τcd ∙

τCPCd ∙ αd) (16)

El colector propuesto no posee cobertura

ni en la estructura ni en los absorbedores por lo

tanto

τcb = τcd = τc = 1 (17)

Para encontrar el valor de la

transmisividad efectiva del CPC (τCPC ) se toma

en cuenta la fraccioacuten de la radiacioacuten que pasa a

traveacutes de la abertura del colector que se

concentra en el receptor donde la reflectividad

especular de las paredes de los concentradores

(ρr) y del nuacutemero promedio de reflexiones (nr)

esta transmitancia se expresa como (Duffie amp

Beckman 2013)

τCPCb = τCPCd = τCPC

= ρrnr (18)

nr = 1 - 1

Cm

(19)

Se debe conocer la absortancia de la

superficie receptora de cobre (αr) para la

radiacioacuten que seraacute el mismo valor para la

radiacioacuten directa (αb) y la radiacioacuten difusa (αd)

Entonces de acuerdo con (Duffie amp Beckman

2013) la ecuacioacuten 16 se reduce a la ecuacioacuten 20

donde la radiacioacuten solar total (G) es la suma de

las radiaciones directa (Gb) y difusa (Gd)

S = Ac ∙ G (τr ∙ τCPC ∙ αr) (20)

G = Gb + Gd (21)

(Hottel 1976) ha presentado un meacutetodo

para estimar la radiacioacuten transmitida a traveacutes de

atmoacutesferas claras que toma en cuenta el aacutengulo

cenital y la altitud para una atmoacutesfera estaacutendar y

para cuatro tipos de clima (Duffie amp Beckman

2013) el cual es utilizado para hallar la radiacioacuten

directa y difusa mediante las siguientes

ecuaciones

Gb = Go ∙ τb (22)

Gd = Go∙ τ119889 (23)

Donde la irradiancia extraterrestre se

puede conocer a partir de la ecuacioacuten 24

Go = 1367 (1 + 0033 ∙ cos 360 ∙ N

365) (24)

Para determinar las transmitancias

atmosfeacutericas para la radiacioacuten directa (τb) y

difusa (τd) se emplean las ecuaciones descritas

a continuacioacuten

τb = a0 + a1 exp (minus k

cos θz

) (25)

τd = 0271 - 0294 ∙ τb (26)

Donde los valores a0 a1 y k para la

atmoacutesfera estaacutendar se calculan a partir de las

ecuaciones siguientes para altitudes inferiores a

25 km asiacute como tambieacuten se requiere conocer el

coseno del aacutengulo cenital (ϴz) que viene dado

por la ecuacioacuten 30 (Hottel 1976)

a0 = 04237 - 00082 (6 - A)2 (27)

a1 = 05055 - 000595 (65 - A)2 (28)

k = 02711 - 001858 (25 - A)2 (29) cos θz = cos Φ ∙ cos δ ∙ cos ω + sin Φ ∙ sin δ (30)

26

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Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

En la que el aacutengulo de declinacioacuten solar

(δ) se calcula a partir de la ecuacioacuten 31 y el

aacutengulo horario (ω) de la ecuacioacuten 32 la cual

solicita el nuacutemero del tiempo solar (Tsun)

conocieacutendolo por medio de la ecuacioacuten 33 que

conlleva a pedir el nuacutemero del tiempo del reloj

actual (Tclock) y a resolver la Ecuacioacuten del

Tiempo (ET) (Duffie amp Beckman 2013)

δ = 2345 sin [360

365(284 + N)] (31)

ω = (Tsun- 12) ∙ 15 (32)

Tsun = Tclock + ET plusmn 4 (Lstd - Lloc) (33) ET = 987 sin(2B) - 753 cos B - 15 sin B (34)

B = (N - 81)360

365 (35)

Ahora bien se procede a calcular la

energiacutea que sale del sistema y esta viene dada por

las peacuterdidas teacutermicas del receptor teniendo en

cuenta la conveccioacuten y la radiacioacuten de la

superficie asiacute como tambieacuten la conduccioacuten a

traveacutes de la estructura de soporte las cuales

deben estimarse generalmente en teacuterminos del

coeficiente de peacuterdida UL que se basa en el aacuterea

del receptor y estaacute dado por

UL = Q

loss

π ∙ e ∙ L (Tr - Ta) (36)

La peacuterdida de calor del receptor (Qloss)

estaacute dada por lo siguiente

Qloss

= π De L σ (Tr

4 - Ti4)

1εr

+ 1 - εr

εr(De

Di)

(37)

Para encontrar el factor de eliminacioacuten

de calor del colector (FR) se despeja de la

ecuacioacuten 38 encontrando el factor de flujo del

colector (Frsquorsquo) de la ecuacioacuten 40 y el factor de

eficiencia (Frsquo) de la ecuacioacuten 41 (Duffie amp

Beckman 2013)

F = FR

F (38)

F= m ∙ Cp

Ar∙ UL∙ F[1 - exp (-

Ar ∙ UL ∙ F

m ∙ Cp)] (39)

F= Uo

UL (40)

Donde el flujo maacutesico m se calcula

primeramente para la ecuacioacuten 39 mediante la

densidad del fluido la velocidad promedio y el

aacuterea de la seccioacuten transversal normal a la

direccioacuten del flujo (Ar)

m = ρ ∙ V ∙ Ar (41)

El coeficiente global de transferencia de calor

basado en el diaacutemetro del tubo receptor externo

(Uo) entre el entorno y el fluido se calcula como

se muestra en la ecuacioacuten 42

Uo = (1

UL

+ De

hfi ∙ Di

+ De ∙ ln (

DeDi

frasl )

2 ∙ kr

)

-1

(42)

En el cual el coeficiente de transferencia

de calor del fluido de trabajo (hfi) se basa en el

diaacutemetro interior del tubo receptor y para

estimarlo se despeja de la siguiente ecuacioacuten

Nu = hfi ∙ Di

kaire (43)

Donde el nuacutemero de Nusselt se encuentra

tomando en cuenta las siguientes condiciones

(Duffie amp Beckman 2013)

Nu = 040 + 054 para 01 lt Re lt 1000

030 Re06 para 1000 lt Re lt 50000 (44)

En las que el nuacutemero de Reynolds estaacute dado

para una temperatura de aire de 20ordmC calculado

por medio de la ecuacioacuten 45

Re = ρ ∙ V ∙ Di

μ (45)

Las diferencias entre tener un receptor sin

cobertura y un receptor con cobertura se

encuentran en el caacutelculo de la radiacioacuten solar

total absorbida por el colector (S) y el

coeficiente global de peacuterdidas teacutermicas (UL)

Los caacutelculos realizados sirvieron para analizar

las variables involucradas en este proyecto

Descripcioacuten del sistema

El sistema de calentamiento estaacute constituido de

4 superficies paraboacutelicas reflectoras de laacutemina

de acero galvanizada de 091 m de longitud que

tienen como receptores cada una un tubo de

cobre de 1 m y una estructura de aacutengulos de

acero como soporte

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Este colector solar CPC utiliza la energiacutea

solar para calentar el aire circundante en el

interior de los tubos que despueacutes puede ser

utilizado o almacenado

El colector debe estar orientado hacia el

sur en el hemisferio norte apuntando hacia el

ecuador y ademaacutes debe estar colocado a cierta

inclinacioacuten de manera tal que pueda captar la

mayor radiacioacuten solar posible

El funcionamiento es sencillo por un

extremo de los tubos absorbedores entra el aire

con una temperatura baja el cual se va

calentando al recorrer la tuberiacutea de cobre y

luego sale por otro extremo con una temperatura

elevada Para que el aire circule no es necesario

el uso de bombas o dispositivos similares

funcionando debido al cambio de densidades que

el aire sufre al calentarse

Construccioacuten del Colector CPC

A continuacioacuten se describe el proceso de

construccioacuten del colector solar CPC Los

materiales se describen en la tabla 1

Primeramente se cortoacute la hoja de laacutemina

galvanizada quedando piezas con dimensiones

de 0375 x 091 m Para hacer la forma

paraboacutelica de los concentradores se doblan cada

hoja de laacutemina mediante una maquina dobladora

de accionamiento manual que realiza los

pliegues de forma lineal a lo largo de la laacutemina

como se ve en la figura 4

Cantidad Material Dimensiones

1 Hoja de laacutemina de acero

galvanizada

3 x 091rdquo

1 Tramo de tubo de cobre 1rdquo

4 Tramos de aacutengulo de

acero

1 x 1 x 18ldquo

6 Tees de cobre 1rdquo

2 Codos de cobre 90ordm 1rdquo

20 Remaches de aluminio

12 Tornillos de cabeza

hexagonal

frac14rdquo

12 Tuercas frac14rdquo

12 Arandelas de presioacuten

Grower

frac14rdquo

2 Pintura de color gris y

negra

Tabla 1 Materiales requeridos para la construccioacuten del

colector CPC

A continuacioacuten se realiza la unioacuten entre

dos laminas para obtener 4 elementos por lo cual

se soldaacuten en la parte donde se hicieron los

pliegues teniendo como resultado los

concentradores mostrados en la figura 5

Figura 4 Hojas de laacutemina galvanizada dobladas

Figura 5 Concentrador ensamblado

Se construyeron recuadros para cada

concentrador con los aacutengulos de acero para

soportar estas superficies reflectoras y estos

fueron montados sobre un soporte que sostiene

las superficies reflectoras creando con un

aacutengulo de acero un rectaacutengulo con dimensiones

de 133 x 098 m la cual esta inclinada a 21ordm

colocaacutendoles 2 bases y 2 de figura 6

Se cortaron 4 trozos de tubo de cobre de

1 m para formar un circuito en paralelo usando

codos de cobre fijaacutendose este conjunto despueacutes

a cada concentrador mediante un soporte hecho

mostrado en la figura 6

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Figura 1 Colector solar tipo CPC

Evaluacioacuten Experimental

Para realizar el anaacutelisis teacutermico del sistema

primeramente se realizan las mediciones de las

variables climatoloacutegicas en el lugar de pruebas a

cada hora a lo largo de 7 horas durante un mes

utilizando un termoacutemetro infrarrojo En la

siguiente tabla se muestran los valores promedio

obtenidos en la cual se puede observar que la

temperatura de salida en el colector se alcanza a

las 300 pm

Hr Rad

Solar

(Wm2)

Temp

Ambiente

(K)

Temp

Receptor

(K)

Temp

Interior

(K)

Temp

Salida

(K)

1100 64060 29475 30355 30155 30695

1200 81480 29645 31255 30515 31885

1300 80360 29715 32005 30925 32335

1400 79290 29945 32395 31005 32685

1500 53000 30005 33095 31175 33425

1600 52560 29955 31025 30605 31975

1700 10170 29355 28925 29545 29855

Tabla 2 Mediciones en el CPC

En el graacutefico 1 se puede apreciar que la

temperatura de salida del colector tiende a seguir

el comportamiento de la temperatura ambiente

aumentado considerablemente e influyendo de

forma notable en el rendimiento del sistema

Graacutefico 1 Graacutefica de las temperaturas en el CPC

Para conocer la cantidad de radiacioacuten

solar absorbida por el colector CPC se hallan los

valores necesarios para cada diacutea de pruebas

obteniendo como promedios los expresados en la

tabla 3 donde se toman en cuenta los valores

geomeacutetricos del CPC los aacutengulos del

movimiento aparente del sol y los datos

geograacuteficos del lugar donde se realizaron las

pruebas

Con los paraacutemetros de disentildeo efectuados

en el capiacutetulo 2 se presentan a continuacioacuten en

la tabla 4 las caracteriacutesticas de cada

concentrador las cuales son basadas

baacutesicamente en el diaacutemetro del receptor y el

aacutengulo de aceptacioacuten propuesto Siacutembolo Valor Unidad

Irradiancia

promedio

IT 5900 Whm2

Horas Solar Pico HSP 7 h

Radiacioacuten solar

total

G 7900119 Wm2

Radiacioacuten directa Gb 6024938 Wm2

Radiacioacuten difusa Gd 1875181 Wm2

Radiacioacuten

extraterrestre

Go 13455766 Wm2

Constante solar Gsc 1367 Wm2

Transmitancia

atmosfeacuterica para la

radiacioacuten directa

τb 04478

Transmitancia

atmosfeacuterica para la

radiacioacuten difusa

τd 01394

Valores para

atmoacutesfera estaacutendar

a0 02729

a1 03690

K 02595

Altitud del lugar A 17110 km

Aacutengulo cenital cos ϴz 03476 ordm

Latitud del lugar Φ 204399 ordm

Declinacioacuten solar Δ 145856 ordm

Inclinacioacuten Β 21 ordm

Aacutengulo acimutal 120574 -1015457 ordm

Aacutengulo horario Ω 733624 ordm

Tiempo solar Tsun 168908

Tiempo estandar Tclock 15

Ecuacioacuten del

tiempo

ET 00908

B 384658

Longitud estandar Lstd -102 ordm

Longitud local Lloc -10155 ordm

Constante de Stefan

Boltzmann

Σ 567x10-8 Wm2K4

Tabla 3 Datos considerados para los caacutelculos de radiacioacuten

solar

La superficie receptora como se ha

mencionado anteriormente es un tubo de cobre

que por su durabilidad su propiedad

anticorrosiva y sus propiedades teacutermicas ha sido

elegido para este proyecto

250

270

290

310

330

350

370

390

1100

a m

1200

p m

0100

p m

0200

p m

0300

p m

0400

p m

0500

p m

Temperatura Ambiente [K]

Temperatura Receptor [K]

Temperatura Interior [K]

Temperatura de Salida [K]

η = 24

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

En la tabla 5 se muestran las propiedades

que se tomaron en cuenta para los caacutelculos

considerando que la superficie fue pintada de

color negro para una mayor absorbancia de

calor

Siacutembolo Valor Unidad

Semiaacutengulo de aceptacioacuten ϴa 235 ordm

Concentracioacuten geomeacutetrica C 25

Longitud de abertura La 023 m

Altura del CPC H 032 m

Longitud del CPC L 091 m

Diaacutemetro exterior del tubo De 0028575 m

Diaacutemetro interior del tubo Di 00254 m

Espesor del receptor E 0003175 M

Aacuterea de abertura Aa 02093 m2

Aacuterea del receptor Ar 00817 m2

Nuacutemero total de

concentradores

4

Tabla 4 Caracteriacutesticas de cada CPC del colector solar

Siacutembolo Valor Unidad

Conductividad teacutermica Kr 385000 WmordmC

Absortividad αr 1

Emisividad ɛr 0037

Transmitancia τr 1

Tabla 5 Propiedades del receptor

La superficie reflectora elegida es la

laacutemina de acero galvanizada que es cortada en

segmentos y de la cual se requiere conocer para

el caacutelculo teacutermico la reflectividad especular de

esta mostraacutendose en la tabla 6

Siacutembolo Valor Unidad

Reflectividad especular ρr 078

Tabla 6 Reflectividad especular de la laacutemina galvanizada

El fluido de trabajo en este proyecto es el

aire pensando en las aplicaciones futuras que se

pudieran considerar donde en la tabla 7 se

muestran las propiedades de este a 20 ordmC asiacute

como tambieacuten la velocidad promedio que se

presenta en los diacuteas de pruebas

Siacutembolo Valor Unidad

Conductividad teacutermica Kaire 002476 Wm2K

Calor especifico Cp 1007 JkgK

Densidad Ρ 1204 kgm3

Velocidad V 01636 ms

Viscosidad dinaacutemica Μ 1825x10-5 kgms

Tabla 7 Propiedades del aire a 20 ordmC

Conociendo las propiedades y los datos

geomeacutetricos de los elementos que conforman el

colector CPC se procede a hallar las peacuterdidas

teacutermicas y la eficiencia del colector CPC en

donde la tabla 8 muestra los resultados

obtenidos

Siacutembolo Valor Unidad

Eficiencia del sistema Η 23

Aacuterea del colector Ac 08372 m2

Calor uacutetil Qu 950274 W

Radiacioacuten solar absorbida S 4957459 Wm2

Transmitancia del CPC τCPC 07495

Nuacutemero promedio de

reflexiones

nr 09574

Coeficiente global de

peacuterdidas de calor

UL 06816 Wm2K

Perdida teacutermica del

receptor

Qloss 01206 W

Factor de flujo del

colector

Frsquorsquo 09984

Factor de eliminacioacuten de

calor del colector

FR 09282

Factor de eficiencia del

colector

Frsquo 09297

Coeficiente global de

transferencia de calor

Uo 06337 Wm2K

Flujo maacutesico del aire 00161 kgs

Coeficiente de

transferencia de calor

dentro del tubo receptor

hfi 101406 Wm2K

Nuacutemero de Nusselt Un 104027

Nuacutemero de Reynolds Re 2741121

Tabla 8 Caracteriacutesticas geomeacutetricas y paraacutemetros de

caacutelculo en el colector solar tipo CPC

Se tiene que para estos diacuteas de pruebas se

consigue una eficiencia del 23 en promedio

siendo este factor importante en el disentildeo de

colectores ya que significa tener una ganancia al

retornar de forma uacutetil soacutelo una parte de la energiacutea

que recibe

Conclusiones

Al ser un colector de tipo estacionario se

consigue una baja concentracioacuten obteniendo

una radiacioacuten solar en el colector aceptable La

factibilidad de este trabajo es que cuenta con

concentradores como equipos principales hace

que se considere al colector cilindro paraboacutelico

compuesto como un camino viable tanto

econoacutemicamente como energeacuteticamente para

sistemas que requieran mantener una

temperatura baja en horas solares punta

Mediante los resultados obtenidos en este

proyecto se muestra que los resultados teoacutericos y

experimentales son similares asiacute mismo el

disentildeo probado permite que solo parte de la

radiacioacuten entre al colector permitiendo obtener

temperaturas de entre 50 y 60 degC La eficiencia

alcanzada por este proyecto es del 24 con

temperaturas de salida de 60 ordmC lo cual resulta

adecuado para ser implementado en sistemas que

requieran calor constante a temperaturas

relativamente bajas tales como invernaderos o

sistemas de climatizacioacuten

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

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Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFT

Molecularly modeling an activated carbon anode as a platinum support by means of

DFT calculations

VALENZUELA-HERMOCILLO Ernestodagger1 PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan2 y RIVAS-CASTRO

Sofiacutea1

1Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero Carrertera federal Toluca- Ixtapan de la Sal Km 64 Col La Finca

CP 51763 Villa Guerrero Meacutexico 2Instituto Tecnoloacutegico de Toluca CP 52149 Estado de Meacutexico Meacutexico

ID 1er Autor Ernesto Valenzuela-Hermocillo ORC ID 0000-0002-1126-5835

ID 1er Coautor Juan Pacheco-Sanchez ORC ID 0000-0002-9525-5473

ID 2do Coautor Sofiacutea Rivas-Castro ORC ID 0000-0001-9278-0793

DOI 1035429JCPE20191963138 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

En este trabajo se presenta el modelamiento molecular de

un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino de

una celda de combustible de membrana de intercambio

protoacutenico (PEMFC) en la cual interacciona platino (Pt)

como catalizador soportado en carboacuten activado (CA) con

hidroacutegeno molecular (H2) con el fin de romperlo o

ionizarlo Se analiza la adsorcioacuten que existe entre CA y Pt

como aacutetomo o como una estructura superficial

FCC(cuacutebica centrada en las caras) miacutenima para observar

si existe alguna diferencia entre carboacuten activado y sin

activar en la reaccioacuten Pt-H2 Usando caacutelculos cuaacutenticos de

la Teoriacutea del Funcional de la Densidad (DFT) se investigoacute

la adsorcioacuten y el efecto del carboacuten activado sobre platino

empleando distintas estructuras de carboacuten y de platino

Nuestros resultados muestran que los carbones activados

proporcionan un soporte estable para los catalizadores de

platino teniendo en cuenta que el CA presenta un pozo de

energiacutea potencial menor para adsorber el platino

(fisisorcioacuten) en cambio un Carboacuten sin activar presenta un

pozo de energiacutea potencial mayor (quimisorcioacuten)

DFT Carboacuten Activado Soporte de Platino

Abstract

In this paper we present the molecular modeling of an

activated carbon anode as platinum support of a proton

exchange membrane fuel cell (PEMFC) in which

platinum (Pt) interacts as a catalyst supported in activated

carbon (CA) with molecular hydrogen (H2) in order to

break it or ionize it The adsorption between CA and Pt is

analyzed as an atom or as a minimum FCC(face-centered

cubic) surface structure to observe if there is any

difference between activated and non-activated carbon in

the Pt-H2 reaction Using quantum calculations of the

Density Functional Theory (DFT) the adsorption and the

effect of activated carbon on platinum were investigated

using different carbon and platinum structures Our results

show that the activated carbons provide a stable support

for the platinum catalysts taking into account that the CA

presents a well of lower potential energy to adsorb the

platinum (physisorption) whereas an activated carbon has

a potential energy well major (chemisorption)

DFT Activated Carbon Platinum Support

Citacioacuten VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado

molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT Revista de Energiacutea Quiacutemica

y Fiacutesica 2019 6-19 31-38

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico neto_alexhotmailcom)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El actual uso excesivo de combustibles foacutesiles ha

ocasionado el aumento de las emisiones de

contaminacioacuten ambiental asiacute como la creciente

demanda energeacutetica a nivel mundial han

provocado la necesidad de disentildear e investigar

nuevas fuentes alternas para producir energiacutea

eleacutectrica de manera maacutes eficiente y amigable con

el medio ambiente (Appleby A J 1996) Las

celdas de combustible de hidroacutegeno tipo

membrana de intercambio de protones(PEM)

pueden convertir de manera eficiente la energiacutea

quiacutemica en electricidad con el agua como uacutenico

subproducto (Barreras F and Lozano A

2012)

Las fuentes de energiacutea renovables en el

futuro todaviacutea pueden requerir que la energiacutea se

almacena como combustibles liacutequidos para el

transporte El carboacuten activado como soporte de

catalizadores (platino paldio niquel) altamente

selectivos eficaces y robustos son de

importancia pueden llegar a cumplir con este

desafiacuteo y son un aacuterea activa de investigacioacuten

(Valenzuela A 2016)

El carboacuten activado se caracteriza por su

estructura porosa bien desarrollada lo que le

confiere una elevada superfice y capacidad de

adsorcion (Stoeckli F 1990 Molina S M

Rodriacuteguez F Caturla F Selleacutes M J 1995) En

las uacuteltimas deacutecadas se han estudiado materiales

carbonos que pueden ser utilizados tanto en

sensores electroquiacutemicos como soporte

(electrodo) de catalizadores (platino) en celdas

de combustible (Litster S Mclean G 2004

Kim M Park JN Kim H Song S Lee W-

H 2006)

El objetivo de la investigacioacuten es analizar

y comparar los datos teoacutericos con los

experimentales de las reacciones que suceden en

un electrodo de una celda de combustible y

poder proponer nuevos materiales como es el

caso del carboacuten activado como soporte de

catalizadores para la construccioacuten de las mismas

celdas y que estas tengan una mayor eficiencia

En los estudios teoacutericos de la interaccioacuten

platino-carboacuten activado no son muy frecuentes

por lo tanto tenemos que estudiar para entender

claramente la mayor parte posible sus

mecanismos de reaccioacuten Esto se persigue con la

intencioacuten de construir un electrodo de una celda

de combustible

Mediante el uso de la teoriacutea funcional de

la densidad (DFT) (Parr R Yang W 1989) Se

analizaraacute la adsorcioacuten de distintas estructuras de

carboacuten y carboacuten activado sobre el platino Para

llegar a la energiacutea de disociacioacuten entre dos

aacutetomos hay dos maneras La fisisorcioacuten

(adsorcioacuten fiacutesica) se produce una interaccioacuten de

van der Waals estas son de largo alcance pero

son deacutebiles La fisisorcioacuten se puede medir

registrando el incremento de temperatura de una

muestra de capacidad caloriacutefica conocida siendo

los valores normales de alrededor de 20 kJmol

En la quimisorcioacuten (adsorcioacuten quiacutemica)

se produce una unioacuten formando un enlace

quiacutemico normalmente covalente teniendo a

buscar posiciones que maximicen su nuacutemero de

coordinacioacuten con el sustrato La quimisorcioacuten

son mucho mayores que las de fisioadsorcioacuten

estando alrededor de los 200 kJmol (Atkins P

Friedman R 2005) La distancia entre los

aacutetomos es tambieacuten mucho menor en la

quimisorcioacuten que en la fisisorcioacuten Las energiacuteas

de fisisorcioacuten y quimisorcioacuten que se calcularon

estaacuten presentes en el documento y se

compararaacuten con los datos teoacutericos y

experimentales

Metodologiacutea a desarrollar

Investigamos las interacciones del carboacuten y

carboacuten activado como soporte de aacutetomos de

platino variando las estructuras de carboacuten

(Anillo de 6 carbonos anillo activado de 6

carbonos Grafeno y Grafeno activado) a traveacutes

del programa de estructura electroacutenica DFT

propuesto por Delley (Delley B Ellis D

Freeman A and Baerends E 1983) Se utilizoacute

un funcional de tipo local para el potencial de

intercambio y correlacioacuten este funcional

propuesto por Perdew-Wang (PWC) (Perdew

JP and Wang Y 1992) de la Aproximacioacuten de

densidad local(LDA) (Von Barth U Hedin L

1972) incluyendo la polarizacioacuten de spin

(Oliver G L Perdew J P 1979)

Los sistemas en estudio se corrieron

utilizando los caacutelculos de spin no restringidos

all electroacuten y un conjunto de base de tipo

DND(doble numeacuterical + d-DNP) el tamantildeo del

conjunto de bases DND es comparables a los

conjunto Gaussian 6-31G ademaacutes se incluyen

los caacutelculos de campo autoconsistente (SCF)

(Atkins PW 1999)

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Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

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Las modelaciones iniciaron con sistemas

pequentildeos de aacutetomos de platino (Pt) y aacutetomos de

carboacuten (C) y se fue aumentando el numero de

aacutetomos C (Placa de grafeno) y a su vez los

aringtomos de Pt (Estructura FCC de platino) en el

plano [111] encontrando las distancias de

interaccioacuten y energiacuteas de equilibrio y asiacute

construir las curvas de energiacutea potencial y poder

analizar el efecto que causa el carboacuten activado

sobre el platino (la adsorcioacuten del sistema) Las

estructuras que se emplearon fueron activadas

con hidroacutexido de potasio (KOH) para el anillo y

cloruro de zinc (Cl2Zn) para la placa de grafeno

(Rivas SF Pacheco JH 2016 Pacheco-

Saacutenchez J H Zaragoza-Rivera I P and

Bravo-Ortega A A 2016)

Resultados

El sistema de estudio se enfocoacute en analizar el

efecto que causa el carboacuten activado sobre el

platino se utilizoacute carboacuten activado obtenido

mediante activacioacuten quiacutemica los agentes

activantes que se usaron para activar fueron

KOH y Cl2Zn obtenido en simulaciones

moleculares ( Rivas SF Pacheco JH 2016

Pacheco-Saacutenchez J H Zaragoza-Rivera I P

and Bravo-Ortega A A 2016) Como dato de

partida para nuestra investigacioacuten se tiene que la

energiacutea experimental de interaccioacuten Pt-C es de

628 eV (Atkins PW 1999) lo que equivale a

14482 Kcalmol Por lo que con esta

informacioacuten y apoyaacutendonos de la teoriacutea de los

funcionales de la densidad se inicio la

investigacioacuten buscando cual aproximacioacuten y que

funcional se aproximara a este dato

experimental

Interaccioacuten del sistema C6 y C6A con un

aacutetomo de platino

En las simulaciones de las interacciones C6A-Pt

(Figura 1) y la C6-Pt (Figura 2) encontramos que

las distancias interatoacutemicas del C6 y C6A son

similares ya que el C6 tiene sus enlaces de 1331

Aring y las del C6A oscila entre los 1333 Aring y 1423

Aring

Figura 1 Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6 A-Pt

Figura 2 Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6-Pt

En cuanto a la energiacutea de equilibro

encontramos que se necesita -986053 Kcalmol

para formar la moleacutecula C6A-Pt y la moleacutecula

C6-Pt necesita -983141 Kcalmol y la distancia

de la moleacutecula C6A-Pt es de 2742 Aring la cual es

mayor que la de la moleacutecula C6-Pt que tiene

2582 Aring y el tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial es de -25182 Kcalmol (Graacutefico 2)

para la moleacutecula C6-Pt y de -19511

Kcalmol(Graacutefico 1) para la moleacutecula C6A-Pt

Graacutefico 1 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6A-Pt

Graacutefico 2 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6Pt

Ener

giacutea

(K

cal

mol)

Distancia (Å)

En

ergiacutea

(K

cal

mol)

Distancia (Å)

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carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

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Por lo que nos damos cuenta que a pesar

de que la energiacutea y la distancia de la moleacutecula

C6A-Pt es maacutes grande se tiene un tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial menor que el de la

moleacutecula C6-Pt lo que nos indica que la

adsorcioacuten del C6A sobre Pt tiende a una

fisisorcioacuten y C6-Pt tiende a una quimisorsioacuten

Interaccioacuten perpendicular de la moleacutecula de

Hidroacutegeno y un aacutetomo de platino

Para encontrar la energiacutea del hidroacutegeno se

realizoacute la simulacioacuten del sistema Pt-H2 para

romper el enlace de la moleacutecula de hidroacutegeno

(H2) para ello se colocoacute la moleacutecula de

hidroacutegeno y a un aacutetomo de platino a una

distancia de 1335 Aring del centro del aacutetomo de

platino a cada uno de los aacutetomos de hidroacutegeno

(H) con una distancia interatoacutemica de la

moleacutecula de hidroacutegeno de 07 Aring (Figura 3 )

Figura 3 Sistema Pt-H2

Despueacutes de la optimizacioacuten geomeacutetrica

del sistema Pt-H2 se encontroacute que el punto de

equilibrio estaacute a una distancia de 1808 Aring y una

energiacutea de -1833 kcalmol (Figura 4a) Se le

realizoacute el caacutelculo de conectividad y se rompioacute el

enlace de los aacutetomos de hidroacutegeno y cada uno de

los aacutetomos de hidroacutegeno se enlazaron al aacutetomo

de platino (Figura 4b )

a) b)

Figura 4 a) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema Pt-H2

b) Calculo de conectividad

Para obtener la energiacutea que genera la

moleacutecula de hidroacutegeno al romper el enlace y

tener dos aacutetomos de hidroacutegeno se calculoacute el

pozo de energiacutea potencial y para ello se fijo el

aacutetomo de platino y se fueron alejando y

acercando los aacutetomos de hidroacutegeno y se obtuvo

un tamantildeo del pozo de -22751 kcalmol

(Graacutefico 3) lo que equivale a 09865 eV

Graacutefico 3 Curva de energiacutea potencial del sistema Pt-H2

Al compara el tamantildeo de pozo de la

graacutefico 3 con el valor experimental de la

interaccioacuten Pt-H2 se encontroacute que se aproxima

ya que el valor experimental es de 2652

Kcalmol lo que equivale a 115 eV (Emrick

RM 1982)

Influencia del anillo de carboacuten en la reaccioacuten

PtH2

La influencia del C6 en la reaccioacuten Pt-H2 (Figura

5a ) se comparan los sistemas Pt-H2 y C6-Pt-H2

(Figura 5b) para ello se calcularon los puntos de

equilibrio y tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial de ambos sistemas la moleacutecula de

PtH2 se forma a una energiacutea Eeq=-1833

Kcalmol y una distancia de 1808 Aring con un

tamantildeo de pozo de -22751 kcalmol y para

formar la moleacutecula de C6-Pt-H2 se necesita una

energiacutea de Eeq=-1126490 Kcalmol a una

distancia req=1827 Aring y el tamantildeo del pozo de

energiacutea potencial es de -23301 kcalmol

(Graacutefico 4)

a) b)

Figura 5 a) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema Pt-H2

b) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6-Pt-H2

Dado que las energiacuteas del tamantildeo de

pozo de estos sistemas son casi iguales entonces

se puede dice que el C6 ademaacutes de fungir como

un mero soporte tambieacuten aporta propiedades

cataliacuteticas y la superficie de C6 no sufre

modificaciones

En

ergiacutea

(K

cal

mo

l)

Distancia

(Å)

1 2 3 4 5

-20

-10

0

10

20

Interaccioacuten Pt-H2

Ene

rgiacutea

(K

ca

lm

ol)

Distancia r(Aring)

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Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Graacutefico 4 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6-Pt-H2

Dado que las energiacuteas del tamantildeo de

pozo de estos sistemas son casi iguales entonces

se puede dice que el C6 ademaacutes de fungir como

un mero soporte tambieacuten aporta propiedades

cataliacuteticas y la superficie de C6 no sufre

modificaciones

Interaccioacuten del sistema estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno y estructura cristalina fcc de platino

soportada en una estructura grafeno activada

En la simulacioacuten entre la estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno (Figura 6) y estructura cristalina FCC de

platino en el plano (111) (Arenas De P H

1994) soportada en una estructura grafeno

activada (Figura 7) Para ello se encontroacute que los

puntos de equilibro de estas estructuras se

encuentran a una distancia de 2196 Aring y una

energiacutea de -5814346 kcalmol y un pozo de

potencial de -217674 Kcalmol (Graacutefico 5) y a

2956 Aring de distancia y -574173 kcalmol de

energiacutea y un pozo de potencial de -

101181Kcalmol (Graacutefico 6) respectivamente

Figura 6 Optimizacioacuten geomeacutetrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino en el plano [111] soportada en

una estructura grafeno

Graacutefico 5 Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina FCC de platino en el plano [111]

soportada en una estructura grafeno

Al hacer crecer el sistema llegamos a

estos datos donde encontramos que se necesita

menos energiacutea para formar estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno activada que la que se necesita de la

estructura cristalina FCC de platino en el plano

[111] soportada en una estructura grafeno

Figura 7 Optimizacioacuten geometrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino en el plano [111] soportada en

una estructura grafeno activado

Graacutefico 6 Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina FCC de platino en el plano [111]

soportada en una estructura grafeno activada

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia

(Å)

En

ergiacutea

(K

cal

mo

l)

Distancia

(Å)

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia (Å)

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carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

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Encontramos que el pozo de energiacutea

potencial es 50 maacutes pequentildeo en la estructura

de grafeno activada y estaacute no sufre

modificaciones superficiales comparadas con las

del grafeno sin activar Asiacute mismo la estructura

FCC de platino se desordena en presencia de

grafeno mientras que la estructura fcc de platino

en el plano [111] en presencia del grafeno

activado no sufre modificaciones estructurales

relevantes

Interaccioacuten del sistema estructura cristalina

fcc de platino soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno

La estructura cristalina FCC de platino en el

plano [111] soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno se comparoacute con el

sistema Pt-H2 Para ello se calculoacute el punto de

equilibrio de la estructura cristalina FCC de

platino soportada en grafeno con dos moleacuteculas

de hidroacutegeno

Figura 8 Optimizacioacuten geomeacutetrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno

Se encontroacute que tiene una energiacutea de

equilibrio de -6069151 kcalmol (Figura 8) y

una distancia de equilibrio de 2196 Aring entre el

grafeno y la estructura cristalina fcc de platino y

1876 Aring entre la estructura FCC de platino y una

moleacutecula de hidroacutegeno

Graacutefico 7Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina fcc de platino soportada en grafeno

con dos moleacuteculas de hidroacutegeno

Se calculo el tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial variando(alejando y acercando) la

distancia entre un aacutetomo de platino de la

estructura cristalina FCC de platino y una de las

moleacuteculas de hidrogeno y se tuvo que el tamantildeo

de pozo de energiacutea potencial (graacutefico 7) es de -

18164 Kcalmol que al compararlo con el pozo

de energiacutea potencial del sistema Pt-H2 que es de

-22751 kcalmol por lo que se dice que la

magnitud de tamantildeo de pozo se reduce en un

20 Ademaacutes el valor de -18164 Kcalmol es

igual a 078 eV lo que es aproximado al que se

obtiene de voltaje de salida en una monocelda de

combustible real (Pacheco JH Garciacutea LA

Zaragoza IP and Bravo A (2005)

Conclusiones

En este trabajo se ha estudiado la interaccioacuten

entre el platino soportado en estructuras de

carboacuten y carboacuten activado utilizando la

metodologiacutea DFT con LDA PWC

El sistema C6-Pt que tiene una magnitud

de -25182 kcalmol y corresponde al tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial tiende a una

quimisorcioacuten y el sistema C6-APt que tiene una

magnitud de -19511 kcalmol de tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial tiende a una

fisisorcion Los materiales carbonosos C6 C6A

Grafeno y Grafeno Activado influyen poco

sobre la reaccioacuten Pt-H2 ya que las magnitudes

del tamantildeo de pozo de energiacutea potencial son casi

iguales

Para las estructuras de grafeno y grafeno

activado como soportes de estructuras cristalina

de platino se encuentra que ambas corresponden

a una quimisorcioacuten por valores mayores a 50

kcalmol (Atkins PW 1999) Las estructuras

de grafeno activado no sufren modificaciones

estructurales al soportar al platino en cambio el

grafeno puro sufre un encorvamiento coacutencavo

hacia el platino

Con la estructura cristalina fcc de platino

soportado en grafeno se obtuvo que los valores

de la simulacioacuten son cercanos a un 975 a los

datos experimentales ya que DFT obtuvimos -

18164 Kcalmol equivalente a 078 eV mientras

que el experimental es 08 eV (Pacheco JH

Garciacutea LA Zaragoza IP and Bravo A

2005)

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia (Å)

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Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Se determina que el carboacuten activado

muestra una mejor superficie para la dispersioacuten

(adsorcioacuten) del platino con menor energiacutea de

disociacioacuten pero auacuten es elevada para que se

realice en condiciones de temperatura ambiente

Asiacute mismo se llega a concluir que el carboacuten

activado como soporte de catalizadores influye

en las reacciones electroquiacutemicas que suceden

en el aacutenodo de una celdas de combustible tipo

PEM

De acuerdo con lo anterior mencionado

el carboacuten activado como soporte de catalizadores

es un excelente material para ser empleado en las

celdas de combustible tipo PEM asiacute como

tambieacuten se podraacute utilizar en otro tipos de celdas

de combustible como son las celdas de

combustible microbianas ya que su capacidad

de adsorcioacuten ayuda a que las reacciones se lleven

acabo de mejor manera

Agradecimiento

Se le agradece al Instituto Tecnoloacutegico de

Toluca y al CONACyT por los apoyos

brindados

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39

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Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio

Zinc Sulfate Optimization in benefit process

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupedagger ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-

DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

ID 1er Autor Mariacutea Guadalupe Roacho-Torres CVU CONACYT ID 964639

ID 1er Coautor Cesar Octavio Encinas-Baca CVU CONACYIT ID 103864

ID 2do Coautor Melchor Omar Grijalva-Delgado CVU CONACYT ID 360907

DOI 1035429JCPE20191963943 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

Objetivos Calcular la cantidad de reactivo de Sulfato

de Zinc que maximice el beneficio de Plomo en el

proceso de beneficio de una planta de la regioacuten sur

del estado de Chihuahua Metodologiacutea Se realizaron

pruebas con diferentes cantidades de sulfato de Zinc

sobres las cuales se calculoacute la varianza y se

determinoacute el valor promedio de beneficio de Plomo

y Zinc Luego se obtuvieron las ecuaciones que

describen el comportamiento del beneficio de los

minerales y se calcularon los valores maacuteximos o

miacutenimos respecto a la ley Se calculoacute el valor optimoacute

de sulfato y se generaron cartas de control como

seguimiento al proceso Contribucioacuten Al optimizar

y estandarizar la cantidad de sulfato de Zinc como

reactivo en el beneficio en un proceso donde se

realizaba de forma empiacuterica no soacutelo se tiene un

mayor control sobre los resultados de la ley sino que

tambieacuten se optimizan los costos considerando que el

uso del reactivo es un importante insumo para el

proceso

Optimizacioacuten Sulfatos Beneficio

Abstract

Goals Calculate the amount of Zinc Sulfate reagent

that maximizes the lead benefit in the process of

benefiting a plant in the southern region of the state

of Chihuahua Methodology Tests were carried out

with different amounts of zinc sulfate on which the

variance was calculated and the average benefit value

of Lead and Zinc was determined Then the

equations were obtained that describe the behavior of

the benefit of the minerals and the maximum or

minimum values with respect to the law were

calculated The optimized sulfate value was

calculated and control charts were generated as

follow-up to the process Contribution By

optimizing and standardizing the amount of Zinc

sulfate as a reagent in the benefit in a process where

it was performed empirically not only does it have

greater control over the results of the law but also the

costs are optimized considering that the Reagent use

is an important input for the process

Optimization Sulfates Benefit

Citacioacuten ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-DELGADO Melchor

Omar Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 39-43

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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Introduccioacuten

El proceso de beneficio de los minerales es sin

lugar a dudas una de las actividades econoacutemicas

maacutes importantes de nuestro paiacutes ya que de

acuerdo con la Secretariacutea de Economiacutea la

industria minera contribuye con el 4 del PIB

nacional ademaacutes de generar maacutes de 350 mil

empleos directos y maacutes de 16 millones

indirectos (Secretaria de Economiacutea 2019) [1]

La investigacioacuten desarrollada responde a

una necesidad de la industria de beneficio

minero al optimizar la cantidad de reactivo de

Sulfato de Zinc Flottec requerida para

recuperacioacuten del Pb y Zn La importancia de la

investigacioacuten no soacutelo radica en el impacto

econoacutemico que la optimizacioacuten conlleva sino

que tambieacuten representa un punto de partida para

el desarrollo de investigaciones posteriores

respecto al uso del reactivo seguacuten las variaciones

en ley que la extraccioacuten del mineral puede

presentar

La hipoacutetesis de la investigacioacuten estaacute

centrada en la demostracioacuten estadiacutestica del

impacto de la cantidad de Sulfato de Zinc Flottec

en el porcentaje de beneficio de los minerales

En la primera seccioacuten se hace una

descripcioacuten geneacuterica de la metodologiacutea de toma

de muestras En la seccioacuten sobre la coleccioacuten de

los datos del reactivo se muestran las adiciones

del reactivo en las operaciones de molino limpia

y mixtura

En la tercera seccioacuten se hace un

comparativo de las diferentes cantidades

adicionadas de ZnSO4 y los resultados que estaacuten

generaron en los anaacutelisis quiacutemicos

Posteriormente en la seccioacuten de Anaacutelisis de

varianza se valida y demuestra estadiacutesticamente

la Hipoacutetesis que afirma que diferentes adiciones

de ZnSO4 generan diferencias significativas en

el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales

En la seccioacuten de resultados se calcula

matemaacuteticamente la cantidad de ZnSO4 que

genera el mayor beneficio de Pb Ademaacutes se

demuestra como la estandarizacioacuten de la

cantidad de reactivo utilizado no soacutelo

incrementoacute el beneficio promedio de

recuperacioacuten de Pb sino que disminuyoacute de

forma considerable la variabilidad del

porcentaje dando con ello mayor estabilidad al

proceso

Generacioacuten de muestras

Para la obtencioacuten de las muestras analizadas en

las diversas pruebas se obtuvieron 30 kg de

mineral al cual se le dieron 5 procesos de

cuarteo y una vez pulverizado se pasoacute por la

maya 100

En el molino de bolas se le dieron 20 30

40 y 50 minutos a las muestras de forma previa

a pasarse por la maya 200 hidratada Una vez

filtrado el mineral fue secado en mufla por un

tiempo de 40 minutos

Coleccioacuten de datos del reactivo

Se corrieron diversas muestras sobre la cantidad

de ZnSO4 que se adheriacutea a las celdas de plomo

generando estadiacutestica sobre

ndash Molino en la operacioacuten de molienda

ndash Limpia cuando el mineral es flotado en

las celdas

ndash Mixtura adherido a los

acondicionadores antes de pasar por la

celda

Las operaciones eran realizadas de forma

completamente empiacuterica un ejemplo de las

adiciones del reactivo llevadas a cabo en una de

las recompensas se muestran en la Tabla 1

Reactivo ZnS04 sulfuro de zinc

Dilucion 10

Adicioacuten de reactivo en proceso

HR Molino Limpia Mixtura

0800 3500 1200 360

0900 3500 1200 400

1000 3600 1200 360

1100 3500 1200 360

1200 3500 1250 360

1300 3600 1200 360

1400 3500 1200 360

Promedio 35285714 12071429 3657143

Tabla 1 Ejemplo de adiciones de ZnSO4

Fuente Elaboracioacuten Propia

Asiacute el caacutelculo de las adiciones se generoacute

en 30 muestras a fin de lograr hacer un

comparativo una vez que se cuente con el caacutelculo

de la cantidad de sulfato oacuteptimo a ser adicionado

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Muestreo del Sulfato de Zinc

Se realizaron 30 muestras con la adicioacuten desde

1000 hasta 2000 grston en intervalos de 250

grston generando el certificado de anaacutelisis

quiacutemico de cada uno de ellos a fin de realizar un

comparativo del beneficio de los minerales

Un ejemplo de los certificados generados

en cada muestra se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Ejemplo de certificado de anaacutelisis quiacutemico

Fuente Planta de Beneficio

Anaacutelisis de Varianza para los muestreos

A fin de validar cada una de las muestras

tomadas con las diferentes adiciones se realizoacute

un anaacutelisis de varianza ya que acuerdo con

Montgomery (2013) [2] el Anaacutelisis de Varianza

o ANOVA permite resolver estos casos en

donde una variable x tiene a tratamientos de

forma que evaluando el porcentaje de Zn y Pb

obtenido ya que son los minerales de mayor

importancia para el resultado del proceso del

beneficio La tabla 3 muestra los datos

colectados donde en la primera fila se muestran

los grston de ZnSO4 que se adicionaron y en las

siguientes filas se muestra el porcentaje de Pb

beneficiado

2000 1750 1500 1250 1000

77 81 82 82 78

82 78 79 81 75

75 82 81 82 81

80 88 87 86 83

78 84 86 87 82

79 91 92 88 84

Tabla 3 Datos colectados de porcentaje de Pb beneficiado

con diferentes adiciones de ZnSO4

Fuente Elaboracioacuten Propia

Mediante el uso del software Minitab se

realizoacute el ANOVA obteniendo la informacioacuten

mostrada en la Figura 1

Null hypothesis

All means are equal

Analysis of Variance

Source DF Adj SS Adj MS F-Value

Factor 4 1771 4428 308

Error 25 3598 1439

Total 29 5370

Figura 1 ANOVA para muestras de Pb

Fuente Elaboracioacuten Propia

El valor de la F teoacuterica con un nivel de

confianza de 95 es de 2759 Por lo tanto se

rechaza Ho y las diversas adiciones producen

diferencias significativas en el beneficio de

Pb El anaacutelisis ANOVA para el beneficio de Zn

en base a la adicioacuten de ZnSO4 se muestra en la

Figura 2

Analysis of Variance

Source DF Adj SS Adj MS F-Value

Factor 4 32880 82200 7339

Error 25 2800 1120

Total 29 35680

Figura 2 ANOVA para muestras de Zn

Fuente Elaboracioacuten Propia

Al igual que en el beneficio de Pb se

rechaza Ho y las diversas adiciones producen

diferencias significativas en el beneficio de

Zn

Resultados

A partir de los promedios de los resultados de

porcentajes beneficiados de Pb se graficoacute y se

encontroacute la ecuacioacuten que describe su

comportamiento y se muestra en la Grafica 1

Reactivos Circuito de Pb

ZnSO4 flottec 2000 grston

Mixtura ZnSO4 flottec NaCn 200 grston

Aherophine 3418 15 grston

Espumante 834 16 grston

Xantato 343 10 grston

Descripcioacuten Peso gr Au Ag Pb

R-5584 Conc Pb 341 66 643 67

Medios Pb 1069 17 121 78

Cola Pb 859 03 22 08

Cabeza calculada 07 54 38

549 591 790

R-5584 Zn Fe

Conc Pb 341

Medios Pb 1069 35 2

Cola Pb 859 79 55

Cabeza calculada 56 43

Recuperacioacuten 30 11

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Grafica 1 Ecuacioacuten de de beneficio de Pb

Fuente Elaboracioacuten Propia

Asiacute la ecuacioacuten que describe el

comportamiento del beneficio del Pb teniendo

como variable independiente (x) los gramos de

ZnSO4 adicionados es

119889119890 119861119890119899119890119891119894119888119894119900 119875119887 =

minus0000021199092 + 00607 119909 + 40463 (1)

De la cual por maacuteximos y miacutenimos se

obtiene

yacute= - 000004x + 00607 (2)

donde x= 1518 grston de ZnSO4 Flottec que

deben ser adicionados para obtener el beneficio

optimo estimado en un promedio de 865

El grafico que describe el

comportamiento del beneficio del Zn se muestra

en la Grafica 2

Grafica 2 Ecuacioacuten de de beneficio de Zn

Fuente Elaboracioacuten Propia

119889119890 119861119890119899119890119891119894119888119894119900 119885119899 =

minus00000091199092 + 00178 119909 + 2757 (3)

Al igual que lo planteado con la ecuacioacuten

1 por maacuteximos y miacutenimos se obtiene que x= 988

grston de ZnSO4 Flottec que deben ser

adicionados para obtener el beneficio oacuteptimo de

1155

Sin embargo dado que la desviacioacuten

estaacutendar es mayor en el beneficio del Zn y que el

Pb produce una mayor compensacioacuten

econoacutemica se decidioacute enfocar la los resultados

de la investigacioacuten en el beneficio optimo en

base al Pb

Una vez que se estandarizoacute la adicioacuten del

ZnSO4 Flottec se elaboraron cartas de control en

base al beneficio de Pb en 20 muestras La

Grafica 3 arroja los resultados de las muestras

tomadas al inicio de la investigacioacuten mientras

que la Grafica 4 muestra datos posteriores a la

estandarizacioacuten

Grafica 3 Carta de Control de las muestras con adicioacuten de

ZnSO4 aleatorio

Fuente Elaboracioacuten Propia

Grafica 4 Carta de Control de las muestras con adicioacuten de

ZnSO4 estandarizado

Fuente Elaboracioacuten Propia

Ademaacutes la desviacioacuten estaacutendar

disminuyoacute de 4303 a 1927 con lo cual la

variacioacuten del beneficio es menor

Conclusiones

A partir de los resultados obtenidos se

desprenden una serie de contribuciones en el

proceso de recuperacioacuten de los minerales

analizado

y = -2E-05x2 + 00607x + 40463

Rsup2 = 09668

78

79

80

81

82

83

84

85

86

0 500 1000 1500 2000 2500

y = -9E-06x2 + 00178x + 27571

Rsup2 = 09717

0

2

4

6

8

10

12

14

0 500 1000 1500 2000 2500

28252219161310741

95

90

85

80

75

70

Observation

Ind

ivid

ual

Valu

e

_X=8237

UCL=9291

LCL=7182

I Chart of Pb

191715131197531

92

90

88

86

84

82

80

Observation

Ind

ivid

ual

Valu

e

_X=8585

UCL=9145

LCL=8025

I Chart of Pb Estandarizado

43

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 39-43

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ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA

Cesar Octavio y GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar

Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Por una parte el calcular la cantidad

optima de ZnSO4 permitioacute obtener el porcentaje

de recuperacioacuten maacutes alto de Pb Ademaacutes generoacute

un proceso maacutes estable al estandarizar la

operacioacuten

Con ello el costo del reactivo disminuyoacute

al evitar la aleatoriedad que de forma empiacuterica

generaba la adicioacuten del reactivo Ademaacutes el

mantener un proceso de beneficio maacutes estable

contribuye a que la planta tenga una mayor

certeza en los caacutelculos de su capacidad de

produccioacuten ya que si bien dada la misma

naturaleza del proceso de extraccioacuten existe una

variabilidad inherente contar con un caacutelculo

exacto permite proveer una mayor certeza

Como recomendacioacuten es importante

considerar que el caacutelculo de la cantidad oacuteptima

de ZnSO4 Flottec debe realizarse de forma

perioacutedica bajo la metodologiacutea ya establecida

Asiacute la cantidad se ldquoajustarardquo seguacuten las

variaciones en ley de las extracciones

Por otro lado la posibilidad de mejora de

la investigacioacuten radica en encontrar la cantidad

optima de ZnSO4 Flottec a adicionar

considerando tanto el beneficio del Pb como el

de Zn para lo cual deben considerarse los

valores de venta de los minerales como

funciones a optimizar y las adiciones como

restricciones del sistema

Referencias

[1]Secretaria de Economiacutea (2019) El sector

minero-metaluacutergico en Meacutexico contribuye con el

4 por ciento del Producto Interno Bruto

nacional Recuperado el 06 de Junio de 2019 a

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Riacuteo Wuumlrttole Justo Felipe Meacutetodo de

produccioacuten y anaacutelisis quiacutemico y fiacutesico del plomo

y sus oacutexidos Tesis Facultad de Ingenieriacutea

Quiacutemica UNMSM Lima1982 pp10-30

44

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 44-51

Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremado

Effect of the addition of inulin on the physicochemical properties of skimmed panela

cheese

AGUILAR Mariacuteadagger CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

ID 1er Autor Mariacutea Aguilar ORC ID 0000-0001-7727-3996 Researcher ID Thomson S-8519-2018 CVU CONACYT

ID 476294

ID 1er Coautor Joseacute Carranza ORC ID 0000-0003-3345-5987 CVU CONACYT ID 177857 SNI nivel 1

ID 2do Coautor Mariacutea Bermuacutedez

ID 3er Coautor Carlos Romo ORC ID 0000-0002-4410-7470 CVU CONACYT ID 275499

DOI 1035429JCPE20191964451 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

El objetivo de esta investigacioacuten fue analizar como la

inulina en concentraciones de 1 2 3 4

afecta la composicioacuten fisicoquiacutemica del queso panela

tipo descremado Los quesos panelas se elaboraron

en el Taller de Laacutecteos del Aacuterea de Tecnologiacutea de

Alimentos de la Universidad Autoacutenoma de

Aguascalientes (UAA) Los anaacutelisis fisicoquiacutemicos

de pH humedad cenizas soacutelidos totales y grasa se

realizaron el Laboratorio de Control de Calidad del

Centro de Ciencias agropecuarias de la misma

universidad de acuerdo a los meacutetodos de las Normas

mexicanas Para el anaacutelisis estadiacutestico se realizoacute

anaacutelisis de la varianza (ANOVA) de una viacutea

Mediante el anaacutelisis de comparacioacuten muacuteltiple Tukey

(plt005) Empleando el programa estadiacutestico

Statgraphics Centurion XV De acuerdo a los

resultados obtenidos se observoacute que la inulina

modificoacute el pH humedad cenizas y soacutelidos totales

del queso panela descremado desde concentraciones

al 1

Queso Inulina Composicioacuten Fisicoquiacutemica

Abstract

The objective of this investigation was to analyze

how inulin affects concentrations of 1 2 3

4 the physicochemical composition of panela

cheese The panela cheese was made in the Dairy

Workshop of the Food Technology Area of the

Autonomous University of Aguascalientes (UAA)

The physicochemical analyzes of pH humidity

ashes total solids and fat specifically the Quality

Control Laboratory of the Center of Agricultural

Sciences of the same university according to the

methods of the Mexican Standards For the statistical

analysis the analysis of the variance (ANOVA) of a

pathway was performed Using Tukey multiple

comparison analysis (p lt005) Using the statistical

program Centurioacuten XV Statistics According to the

results detected inulin was modified it changed the

pH humidity ashes and total solids of skimmed

panela cheese from 1

Cheese Inulin Physicochemical composition

Citacioacuten AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en

las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 44-51

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico mmaguilacorreouaamx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

2019

Introduccioacuten

De acuerdo a la Norma Oficial Mexicana NOM-

155-SCFI-2012 la leche se define como el

producto obtenido de la secrecioacuten de las

glaacutendulas mamarias de las vacas

En cuanto a su produccioacuten mundial

Meacutexico es considerado uno de los principales

productores el Servicio de Informacioacuten

Agroalimentaria y Pesquera (SIAP) en el 2016

informoacute que tres de cada cien litros que se

producen en el mundo son de origen mexicano

Para el antildeo 2025 se preveacute que la produccioacuten

mundial aumentaraacute 177 millones de toneladas

con una tasa de crecimiento promedio del 18

por antildeo en los proacuteximos 10 antildeos Durante el

mismo periodo se pronostica que el consumo

per caacutepita de productos laacutecteos incrementara un

08 y 17 por antildeo en los paiacuteses en desarrollo

y entre 05 y 11 en los paiacuteses desarrollados

(FAO 2016)

En relacioacuten a su valor nutricional la

leche y los productos laacutecteos constituyen un

grupo de alimentos con un importante aporte de

proteiacutenas (muy digeribles de alto valor

bioloacutegico) ricos en calcio foacutesforo y selenio y asiacute

como diversas vitaminas como vitamina A B1

B2 y B12 y en menor cantidad contienen B6 B3

B8 (Milke 2011) Aunque su composicioacuten

quiacutemica puede variar en funcioacuten de la etapa en la

que se encuentre la vaca (Badui 2012)

La importancia de la leche y sus

derivados es evidente para mantener un buen

estado de salud en cualquier etapa de la vida es

por esto que los productos laacutecteos estaacuten

recibiendo mayor atencioacuten debido a que estos

alimentos son ricos en nutrientes ademaacutes de ser

excelente vehiacuteculo para los llamados alimentos

funcionales Un ejemplo son los quesos

(Bautista 2014)

Los quesos se definen como productos

elaborados con la cuajada de leche estandarizada

y pasteurizada de vaca o de otras especies

animales Existen 3 tipos de quesos de acuerdo a

su clasificacioacuten por proceso fresco madurado o

procesado (Norma Oficial Mexicana NOM-

121-SSA1-1994) El queso panela por su alto

contenido de humedad corteza y su periodo de

vida de anaquel corto es considerado un queso

fresco

La industria de productos laacutecteos realiza

pruebas fisicoquiacutemicas en el queso para verificar

la calidad del producto y analizar como la

adicioacuten de alguacuten aditivo modifica su

composicioacuten Entre las pruebas que se incluyen

son el pH humedad cenizas solidos totales y

grasa

El pH funciona como indicador de la

actividad de las bacterias mesoacutefilas y termoacutefilas

Al medir el pH se asegura que la cuajada fresca

esteacute en el camino correcto para convertirse en

queso (Mullen 2018) En cuanto a la humedad

la NMX-F-083-1986 la define como la peacuterdida

en peso que sufre un alimento al someterlo a las

condiciones de tiempo y temperatura prescritos

Respecto al anaacutelisis de soacutelidos totales este

incluye el valor de proteiacutenas cenizas lactosa y

grasa El meacutetodo que propone la NMX-F-111-

1984 para realizarlo es el gravimeacutetrico sin

embargo tambieacuten puede ser calculado por

diferencia del contenido de humedad

Asimismo la NMX-F-100-1984

establece el procedimiento para determinar la

grasa butiacuterica en quesos por el meacutetodo de

Gerber-Van Gulik este consiste en la digestioacuten

parcial de los componentes del queso excepto la

grasa en aacutecido sulfuacuterico Emplea alcohol

isoamiacutelico para ayudar a disminuir la tensioacuten en

la interface entre la grasa y la mezcla en reaccioacuten

(aacutecido sulfuacuterico-leche) lo que facilita el ascenso

de los gloacutebulos pequentildeos de grasa por

centrifugacioacuten El alcohol isoamiacutelico reacciona

con el aacutecido sulfuacuterico formando un eacutester que es

completamente soluble en dicho aacutecido Por otro

lado las cenizas representan el contenido en

minerales del alimento en general las cenizas

suponen menos del 5 de la materia seca de los

alimentos (Maacuterquez 2014) El meacutetodo que

propone la NMX-F-094-1984 es el gravimeacutetrico

El queso contiene la mayoriacutea de los

nutrientes de la leche con excepcioacuten de la lactosa

y algunas vitaminas hidrosolubles (Baro et al

2010) Pero en general la cantidad de fibra que

aporta el queso panela y los laacutecteos es muy baja

o nula

La NOM-043-SSA2-2012 define a la

fibra como la parte comestible de las plantas o

hidratos de carbono anaacutelogos que son resistentes

a la digestioacuten y la absorcioacuten en el intestino

humano y que sufren una fermentacioacuten total o

parcial en el intestino grueso

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2019

La fibra dieteacutetica se divide en soluble e

insoluble Algunos tipos de fibra soluble son las

pectinas gomas mucilagos e inulina Por el

contrario la celulosa hemicelulosa y lignina son

consideradas fibra insoluble

En particular la inulina es un

polisacaacuterido no digerible el cual estaacute constituido

por moleacuteculas de fructosa unidas por enlaces β-

(2-1) fructosil-fructosa siendo el teacutermino

fructanos usado para denominar este tipo de

compuestos Dada su configuracioacuten quiacutemica los

fructanos no pueden ser hidrolizados por las

enzimas digestivas humanas por lo que

permanecen intactos en su recorrido por la parte

superior del tracto gastrointestinal no obstante

son hidrolizados y fermentados en su totalidad

por las bacterias de la parte inferior del tracto

gastrointestinal (intestino grueso coloacuten) De esta

manera este tipo de compuestos se comportan

como fibra dieteacutetica (Lara 2011)

Ademaacutes en el ramo industrial la inulina

se emplea en la fabricacioacuten de distintos

productos alimenticios en laacutecteos se utiliza

como emulsificante sustituto de azuacutecares y

grasas proporcionar sinergismo con

edulcorantes para dar cuerpo y palatabilidad y

formar gel (Urango 2012)

Por lo que enriquecer productos laacutecteos

como el queso panela con inulina podriacutea

beneficiar auacuten maacutes su contenido nutrimental y

beneficiar la ingesta de fibra en la poblacioacuten en

general Ademaacutes el adicionar inulina

favoreceriacutea la demanda de los consumidores

actuales los cuales buscan alimentos con

miacutenimo procesamiento y maacutes naturales (Peralta

2014) Sin embargo primero es necesario

conocer como la inulina modifica la humedad

cenizas pH soacutelidos totales y grasa del queso

tipo panela descremado

El objetivo general de esta investigacioacuten

fue analizar como la inulina en concentraciones

de 1 2 3 4 afecta la composicioacuten

fisicoquiacutemica del queso panela tipo descremado

Objetivos especiacuteficos

ndash Realizar anaacutelisis fisicoquiacutemicos de pH

humedad soacutelidos totales cenizas grasa

en los diferentes quesos y el control

ndash Determinar que concentracioacuten de inulina

(1 2 3 4 ) tuvo mayor impacto

en las propiedades fisicoquiacutemicas del

queso panela

Metodologiacutea a desarrollar

Materia prima

Para la elaboracioacuten del queso panela enriquecido

con inulina se utilizoacute leche bronca obtenida del

Centro de Ciencias Agropecuarias de la

Universidad Autoacutenoma de Aguascalientes

(UAA) La inulina de agave marca Enature se

adquirioacute en un supermercado de la ciudad de

Aguascalientes en febrero 2018 El cloruro de

calcio y el cloruro de sodio se obtuvieron del

Taller de laacutecteos del Aacuterea de Tecnologiacutea de

Alimentos de la UAA

Localizacioacuten

Los quesos panela enriquecidos con inulina y el

control fueron elaborados en el Taller de Laacutecteos

del Aacuterea de Tecnologiacutea de Alimentos los

anaacutelisis fisicoquiacutemicos se hicieron en el

Laboratorio de Control de Calidad del

Departamento de Tecnologiacutea de Alimentos

Estudio del proceso de elaboracioacuten de queso

panela y adicioacuten de inulina

Para realizar el queso panela con el diferente

contenido de inulina se estudioacute el proceso de

elaboracioacuten propuesto por el manual de la

SAGARPA (2015) Respecto a la inulina esta se

antildeadioacute antes de la coagulacioacuten como lo hizo

Gavilanes y German en el 2011 en un queso

crema y en la investigacioacuten de Ramiacuterez y Ponce

en el 2014 con un queso fresco donde

manifiestan que si la inulina estaacute presente

durante el proceso de coagulacioacuten puede formar

parte de la red estructural de proteiacutenas por la

unioacuten con agregados de la proteiacutena

Realizacioacuten de los quesos (control e inulina al

12 3 4)

La figura 1 muestra el diagrama de flujo que se

utilizoacute para la elaboracioacuten y los anaacutelisis

correspondientes de los quesos panelas con

inulina y control

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2019

Figura 1 Diagrama de flujo de la elaboracioacuten de los

quesos panela enriquecidos con inulina y control

Anaacutelisis fisicoquiacutemicos de los quesos

enriquecidos con inulina y el control

Respecto a los anaacutelisis fisicoquiacutemicos del queso

control y los quesos con inulina el pH se

determinoacute de acuerdo a la N M X-F-099-1970

con un pH-metro marca Hanna Hi 98163 El

contenido de humedad se realizoacute concorde a la

NMX-F-083-1986 para pesar los crisoles se

utilizoacute la balanza analiacutetica marca AampD GR 200

El porcentaje de cenizas fue conforme a la

NMX-F-094-1984 de igual manera los crisoles

se pesaron en la balanza analiacutetica marca AampD

GR 200 El contenido de soacutelidos totales de los

quesos panela se calculoacute por diferencia del

contenido de humedad ST=100 - humedad

Finalmente el anaacutelisis de grasa en los quesos se

hizo de acuerdo a la NMX-F-100-1984

Anaacutelisis estadiacutestico

Se realizoacute el anaacutelisis de la varianza (ANOVA) de

una viacutea En caso de que existieran diferencias

significativas se aplicoacute el anaacutelisis de

comparacioacuten muacuteltiple Tukey (plt005)

Empleando el programa estadiacutestico Statgraphics

Centurion XV

Resultados

En la tabla 1 se presentan los resultados de los

anaacutelisis fisicoquiacutemicos de las muestras de queso

y del control

Queso

panela

Ph Humedad

()

Cenizas

()

Soacutelidos

totales

()

Grasa ()

1 de

inulina

638plusmn001

a

6210plusmn053

a

337plusmn085

a

3790plusmn053

b

367plusmn029

bc

2 de

inulina

646plusmn001

c

6280plusmn036

ab

334plusmn005

a

3720plusmn036

ab

400plusmn000

c

3 de

inulina

644plusmn001

bc

6304plusmn073

ab

344plusmn013

a

3696plusmn073

ab

350plusmn000

b

4 de

inulina

643plusmn001

b

6411plusmn032

b

331plusmn004

a

3589plusmn032

a

300plusmn000

a

Control 645plusmn001

bc

6143plusmn127

a

358plusmn017

a

3857plusmn127

b

400plusmn000

a

Tabla 11 Resultados de las propiedades fisicoquiacutemicas de

los quesos panela con inulina y control (media y

desviacioacuten estaacutendar)

Diferentes letras en minuacutescula dentro de

las columnas indican diferencian significativas

(Tukey p=005)

pH

En cuanto al pH de las muestras de queso estas

se mantuvieron entre 638 y 646 (Graacutefico 1)

encontraacutendose diferencias estadiacutesticamente

significativas (ple005) seguacuten el ANOVA Los

quesos enriquecidos con inulina y control

mostraron un pH maacutes alto en comparacioacuten con

la NMX-F-092-1970 la cual refiere que el pH de

los quesos procesados tipo 1 (quesos procesados

para rebanar o cortar) deben tener un maacuteximo de

6

Sin embargo los valores de pH de los

cinco quesos coinciden con los del estudio de

Ramiacuterez y Veacutelez (2012) en quesos panela de

Meacutexico los cuales se encuentran entre 56 y 64

Estos resultados no coinciden con el estudio del

efecto de la adicioacuten de cultivo laacutectico e inulina

en la elaboracioacuten y evaluacioacuten sensorial del

queso fresco bajo en grasa por Ramiacuterez y Ponce

en el 2014 donde el pH no se modificoacute al agregar

la inulina al queso ademaacutes es conveniente aclarar

que en esta investigacioacuten no se adicionoacute cultivo

laacutectico

Graacutefico 1 Media y desviacioacuten estaacutendar del pH de los

quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Recepcioacuten Anaacutelisis

organoleacutepticoFiltrar

Precalentar a 38degC

DescremarAnaacutelisis

fisicoquiacutemicos

Pasteurizar a 72deg C por 15

segundos

Enfriar a 38degC

Separarla en ollas

Agregar inulina cuajo

y calcio

Agitar mezcla

Reposar 20-30 min

Trabajo mecaacutenico con

lira

Reposar 5-10 min

Calentar cuajo a 38deg

CSalar

Moldeado en canastas

Voltear a los 20 min

Reposar 2 horas

Empacar

RefrigerarAnaacutelisis

fisicoquiacutemicos

63

64

64

65

65

1 2 3 4 Control

pH

bcc

a

bbc

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Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

2019

Humedad

Con respecto al porcentaje de humedad ( Xw)

el graacutefico 2 muestra valores de 6143 a 6411

estando por encima de lo recomendado por la

NMX-F-092-1970 para quesos procesados tipo I

(valor maacuteximo 45 ) Por su parte Ramiacuterez y

Veacutelez (2012) obtuvieron valores de humedad del

orden de 532 y 583 en quesos panela Sin

embargo coincide en la investigacioacuten de

ldquoTextura y microestructura de quesos tipo

panela bajos en grasa y en colesterolrdquo por

Lobato Lozano y Vernon en el 2009 donde los

quesos panelas estuvieron en un rango de 605

a 669 Tambieacuten con la investigacioacuten de

Castro (2014) en la cual se adiciono un dextrano

a un queso de pasta hilada semigraso

observando que a mayor concentracioacuten del

dextrano el queso incrementaba su humedad

Concluyendo que cuando se antildeade mayor

cantidad de inulina aumenta el porcentaje de

humedad del queso panela esto concuerda con

el estudio de Monroy et al (2017) en el cual

elaboraron un queso anaacutelogo con proteiacutenas

exclusivas de lactosuero e inulina sus resultados

indicaron que el queso que conteniacutea prebioacutetico

tuvo mayor contenido de humedad La humedad

de los quesos puede deberse a que la inulina tiene

efectos sobre las propiedades reoloacutegicas del

queso principalmente por su capacidad de

retener agua y por su interaccioacuten sobre las

proteiacutenas (Ramiacuterez y Ponce 2014)

Graacutefico 2 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

humedad quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Cenizas

En relacioacuten al porcentaje de cenizas el queso

que tuvo el mayor contenido de fue el control no

obstante no se observaron diferencias

estadiacutesticamente significativas (Ple005) seguacuten el

ANOVA (graacutefico 3) En general el porcentaje de

cenizas en los cinco quesos estuvo dentro de los

liacutemites que la NMX-F-092-1970 establece

Asimismo estos valores coinciden con la

investigacioacuten por Urango en el 2012 en la

ldquoElaboracioacuten de un queso fresco semigraso

adicionado con fructooligosacaacuteridos (FOS)rdquo en

la cual el porcentaje de las muestras de queso

estuvo entre 307 y 369 No obstante fue mayor

en comparacioacuten del estudio en quesos frescos de

Ramiacuterez y Veacutelez en el 2012 debido a que se

agregoacute cloruro de calcio a la leche utilizada para

la elaboracioacuten de queso panela

Graacutefico 3 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

cenizas de quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Soacutelidos totals

En cuanto al porcentaje de soacutelidos totales

(graacutefico 4) se encontraron diferencias

estadiacutesticamente significativas (ple005) siendo

el control y el queso con 1 de inulina quienes

mostraron mayor de soacutelidos totales Los

valores no concuerdan con el estudio de Lopez

(2010) con un queso fresco en el cual su

promedio de solidos totales fue de 4020

Tampoco coincide con el porcentaje que marca

la NMX-F-092-1970 lo que puede estar

relacionado a la adicioacuten de la inulina

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 Control

X

w

ab aab ba

00

05

10

15

20

25

30

35

40

45

1 2 3 4 Control

d

e C

eniz

a

aaa a

a

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AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO

Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

2019

Grafico 4 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

soacutelidos totales de los quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas

(Tukey p=005)

Grasa

Con respecto al contenido de grasa los valores

se encontraron en los rangos de 3 y 4

(graacutefico 5) Estos resultados no coinciden con el

estudio por Garciacutea y Navarrete en el 2013 en un

queso fresco que se le antildeadioacute lactobacillus

acydophylus y harina de maiacutez e inulina el queso

con mayor contenido de simbioacutetico tuvo el

menor porcentaje de grasa El bajo contenido de

grasa en el queso incluso en el control

concuerda con el estudio de Lobato Lozano y

Vernon (2009) en el cual la leche que conteniacutea

135 gL de grasa obtuvo un queso panela con

95 de grasa Por lo que se deduce que al tener

una leche con bajo contenido de grasa se obtiene

un queso descremado de acuerdo al CODEX

STANDARD 221-2001 Concluyendo que la

inulina no influyoacute en el contenido de grasa de los

quesos panela descremados

Graacutefico 5 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

grasa en los quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Agradecimiento

A la Universidad Autoacutenoma de Aguascalientes y

la Universidad Autoacutenoma de Zacatecas por sus

facilidades prestadas para realizar esta

investigacioacuten

Conclusiones

De acuerdo a los resultados obtenidos se observoacute

que la inulina modificoacute el pH humedad cenizas

y soacutelidos totales del queso panela descremado

desde concentraciones al 1

Recomendaciones

Cuantificar inulina y fibra soluble en futuras

investigaciones para indicar la cantidad de

inulina que es retenida por el queso

Utilizar leche entera para la elaboracioacuten

del queso panela con inulina para analizar si

disminuye el porcentaje de grasa

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33

34

35

36

37

38

39

40

41

1 2 3 4 Control

S

oacuteli

dos

Tota

les

a

ababb

b

000

050

100

150

200

250

300

350

400

450

1 2 3 4 Control

G

rasa

a a

b

cbc

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Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum

y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la

alimentacioacuten de ovinos

Inclusion of flour made from the fruits of Enterolobium Cyclocarpum and Brosimum

Alicastrum as an isocaloric and isoproteic supplement in sheep feed

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y

PIMIENTA-BARRIOS Enrique Universidad de Guadalajara Centro Universitario de Ciencias Bioloacutegicas y agropecuarias` (CUCBA)Camino Ramoacuten

Padilla Saacutenchez 2100 Nextipac 44600 Zapopan Jalisco

ID 1er Autor Alicia De Luna-Vega

ID 1er Coautor Mariacutea Luisa Garciacutea-Sahaguacuten

ID 2do Coautor Salvador Gonzaacutelez-Luna

ID 3er Coautor Enrique Pimienta-Barrios

DOI 1035429JCPE20191965261 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

El estudio se realizoacute en el municipio de Cabo Corrientes

localidad de Chacala donde se encuentran distribuidas las

especies en estudio en forma natural Se realizaron anaacutelisis

bromatoloacutegico del fruto de B alicastrum y E cyclocarpum como

alternativa para mejorar la produccioacuten animal al incrementar el

consumo de proteiacutena energiacutea y minerales en la dieta del ganado

Se realizoacute anaacutelisis bromatoloacutegico de proteiacutena cruda (PC)

extracto eteacutereo (EE) y extracto libre de nitroacutegeno (ELN) usando

el meacutetodo de Wendee (AOAC 1990) fibra detergente neutra

(FDN) fibra detergente aacutecida (FDA) celulosa hemicelulosa y

lignina (Van Soest y Wine 1967) con el equipo ANKOM

Calcio y foacutesforo por colorimetriacutea potasio mediante la teacutecnica

del flamoacutemetro (Van Soest 1979) magnesio azufre y cobre por

el meacutetodo de TMECC 0406 413 La calidad nutritiva se

analizoacute en materia seca cenizas grasa y fibra cruda Se obtuvo

diferencia significativa entre especies en proteiacutena (2290 vs

1088) fibra (724 vs 1318) y ELN donde el valor maacutes alto fue

para B alicastrum (6702) comparado con E cyclocarpum

(6045) La inclusioacuten de harina de los frutos de E cyclocarpum

y de B alicastrum en las raciones alimenticias de los ovinos

mejoroacute el consumo El aumento de peso y la conversioacuten

alimenticia fueron mejores con la inclusioacuten del 10 El valor

econoacutemico de las raciones alimenticias con la inclusioacuten de las

harinas de los frutos de E cyclocarpum y de B alicastrum fue

menor que el de la dieta testigo en ovinos estabulados lo que

permitioacute mantener su desarrollo con una disminucioacuten

significativa de los costos de produccioacuten

Aacuterboles Forrajeros Rumiantes Suplementacioacuten

Abstract

Study was performed in Chacala Cabo Corrientes where the

species in study are widely distribuited in a natural form

Bromatologic analisis of fruit of B alicastrum and E

Cyclocarpum were performed as an alternative to improve

animal production increasing protein consumption energy and

minerals on the livestock diet Bromatologic analysis was made

for crude protein (CP) etereum extract (EE) and nitrogen free

extract (NFE) with Wendee method (AOAC 1990) neutral

detergent fiber (NDF) acid detergent fiber (ADF) cellulose

hemicellulose and lignin (Van Soest and Wine 1967) with

ANKOM equipment Calcium and phosphorus for colorimetry

potasium with flamometer technique (Van Soest 1979)

magnesium sulphur and copper with TMECC 0406 413

method Nutritional quality was analized on dry matter ashes fat

and crude fiber Significative difference was obtained between

species on protein (2290 vs 1088) fiber (724 vs 1318) and

NFE were the higgest value was for B alicastrum (6702)

compared with E cyclocarpum (6045) Inclussion of fruit

flour from E cyclocarpum and B alicastrum on ovine alimentary

rations improvement consumption Weight increase and

alimentary convertion were better with the 10 inclussion

Economic value of alimentary rations with inclussion of fruit

flour of E cyclocarpum and B alicastrum was lower than

witness diet on stabuled ovine permiting maintain development

with significative decrease of production costs

Forage Trees Ruminants Supplementation

Citacioacuten DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e

isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 52-61

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico dva20851cucbaudgmx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

Entre las diferentes alternativas disponibles para

reducir el deterioro ambiental producido por el

auge expansionista de la ganaderiacutea tradicional

extensiva en el troacutepico mexicano se tiene la

implementacioacuten de praacutecticas de tipo

agroforestal que impulsa la integracioacuten de

aacuterboles y arbustos con la produccioacuten animal y

que podriacutea dar la pauta para el desarrollo de

sistemas de produccioacuten sustentable que no atente

contra el fraacutegil equilibrio ecoloacutegico del troacutepico

mexicano que incluso pudiera mejorar el

comportamiento animal como ganancia de peso

consumo de alimento y conversioacuten alimenticia

sin tener que depender de recursos externos

(Laker 1994)

Bajo la presioacuten de producir alimentos en

sistemas que mantengan estables su produccioacuten

y rentabilidad a largo plazo sin generar

inequidad social y preservando todos los

recursos naturales bajo el paradigma de la

sostenibilidad han cobrado especial importancia

el uso de aacuterboles forrajeros como fuente viable

para la alimentacioacuten animal y maacutes recientemente

el manejo de sistemas silvopastoriles que

integran el uso de pasturas aacuterboles y animales

con diferentes objetivos y estrategias de

produccioacuten (Giraldo 1996a)

En Meacutexico existe una gran variedad de

especies arboacutereas y arbustivas que tienen

potencial par a ser incorporadas en los sistemas

de produccioacuten en el troacutepico (Soto et al 1997)

los cuales podriacutean introducir elementos de

sostenibilidad en los sistemas actuales (Enkerlin

et al1997) al hacerlo menos dependiente de

insumos externos concentrados energeacuteticos y

proteicos que tienen que ser adquiridos a costos

elevados por los ganaderos (Laker 1994)

La explotacioacuten pecuaria intensiva

requiere de altas inversiones en las que el

alimento generalmente representa entre el 60 y

80 de los costos totales de produccioacuten (Bondi

1988) Los principios nutritivos son compuestos

quiacutemicos contenidos en los alimentos que

resultan necesarios para el mantenimiento la

reproduccioacuten produccioacuten y salud de los

animales Los maacutes importantes son agua

carbohidratos grasas proteiacutenas minerales y

vitaminas (Bondi 1988) Las proteiacutenas son

necesarias en la alimentacioacuten animal por las

numerosas funciones que desarrollan en el

organismo animal

Objetivo general

Por lo cual dentro de los objetivos del presente

trabajo es evaluar aspectos nutritivos del fruto de

estas especies arboacutereas para incorporarlas a los

sistemas de explotacioacuten pecuaria como una

alternativa para mejorar el rendimiento animal

al incrementarse el consumo de proteiacutena energiacutea

y minerales en la dieta del ganado a un costo

reducido

Objetivos particulares

1 Determinar la calidad nutritiva de la

harina de los frutos de E cyclocarpum y

B alicastrum (MO) proteiacutena cruda (PC)

fibra detergente neutra (FDN) fibra

detergente aacutecida (FDA) de los frutos de

E cyclocarpum y B alicastrum

2 Evaluar el comportamiento de ovinos al

incluir la harina de frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum en su dieta

alimenticia

3 Estimar el valor econoacutemico de las

raciones en estudio

Materiales y meacutetodos

Localizacioacuten

El estudio se realizoacute en el municipio de Cabo

Corrientes en la localidad de Chacala donde se

encuentran ampliamente distribuidas las

especies en estudio dentro de los tipos de

vegetacioacuten de selva mediana subcaducifolia La

Comunidad se ubica a 31 km al Noroeste de la

poblacioacuten de El Tuito cabecera municipal de

Cabo Corrientes Jal en las coordenadas

20deg10rsquo55rsquorsquo a los 20deg31rsquo00rsquorsquo de latitud norte y de

los 105deg10rsquo00rsquorsquo a los 105deg41rsquo25rsquorsquo de longitud

oeste El municipio limita al norte con el de

Puerto Vallarta y el Oceacuteano Paciacutefico al sur con

el de Tomatlaacuten al oriente con el de Talpa de

Allende y al poniente con el Oceacuteano Paciacutefico

Aspectos nutricionales de las especies en

estudio

La determinacioacuten de la composicioacuten quiacutemica de

los frutos se realizoacute en el laboratorio de nutricioacuten

animal del Departamento de Produccioacuten

Animal de la Divisioacuten de Ciencias Veterinarias

para medir las fracciones quiacutemicas de los frutos

por anaacutelisis bromatoloacutegico de proteiacutena cruda

(PC) extracto eteacutereo (EE) y extracto libre de

nitroacutegeno (ELN)) usando el meacutetodo de Wendee

(AOAC 1990)

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LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Se determinaron las fracciones de fibra

detergente neutra (FDN) fibra detergente aacutecida

(FDA) celulosa hemicelulosa y lignina (teacutecnica

de Van Soest y Wine 1967) con el equipo

ANKOM Minerales El calcio y foacutesforo fueron

analizados por meacutetodos colorimeacutetricos el

potasio se analizoacute mediante la teacutecnica del

flamoacutemetro (Van Soest 1979) magnesio azufre

y cobre por el metodo de TMECC 0406 413

Prueba de comportamiento Se llevoacute a cabo una

prueba de comportamiento con ovinos pelibuey

en la cual se evaluoacute el consumo de alimento

aumento de peso y conversioacuten alimenticia

ademaacutes de un anaacutelisis econoacutemico con

porcentajes de 10 y 20 de inclusioacuten de harina

de los frutos en estudio maacutes las dietas testigo

(0 de harina de frutos)

Tratamientos estudiados

El trabajo experimental consistioacute en evaluar tres

tratamientos con los porcentajes de inclusioacuten de

0 10 y 20 de harina de E cyclocarpum y de

B alicastrum en dietas isocaloacutericas e

isoproteacuteicas T1 T4 = 0 T2 T5 = 10 T3 T6 =

20 para cada una de las harinas de los frutos

arboacutereos Los ingredientes y anaacutelisis

bromatoloacutegicos de ingredientes y mezclas se

muestran en los Tablas del 1 al 3

Testigos E cyclocarpum B alicastrum

Ingredientes 10 20 10 20

Rastrojo de maiacutez 2700 5450 2700 5400 2700

Alfalfa 1200 - 1 740 - 1320

Trigo 2200 - 480 - 480

Sorgo 2000 1700 1500 1500 1500

Melaza 1210 1000 1000 1000 1000

Harina de pescado 200 320 100 570 520

E cyclocarpum - 1000 2000 - -

B alicastrum - - - 1000 2000

Roca fosfoacuterica 100 100 100 100 100

Carbonato de calcio 100 100 100 100 100

Vitaminas 025 025 025 025 025

Minerales 005 005 005 005 005

Sal 100 100 100 100 100

Urea 160 200 150 200 150

Totales 10000 10000 10000 10000 10000

Tabla 1 Porcentajes de E cyclocarpum y B alicastrum e

ingredientes utilizados en cada tratamiento por dieta

Alfalfa Trigo Sorgo H pescado Ecyclocarpum Balicastrum

Humedad 104 103 95 75 387 203

Cenizas 120 34 23 151 425 525

Proteiacutena 211 11 107 641 229 1088

Grasa 15 14 32 104 129 107

Fibra 165 30 28 00 724 1318

ELN 376 709 714 29 6045 6702

Materia seca 896 897 905 925 9613 9797

M Orgaacutenica 880 9660 977 849 9575 9448

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Tabla 2 Anaacutelisis bromatoloacutegico de los ingredientes

incluidos en los tratamientos de la harina de frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum reportado en

Testigos E cyclocarpum B alicastrum

Concepto 0 10 20 10 20

Humedad 1050 1000 1030 1051 1120

Cenizas 1060 1010 1015 1031 1030

Proteiacutena 1590 1540 1543 1546 1543

Grasa 140 140 145 120 100

Fibra 1060 1010 1518 1029 1030

ELN 5100 5300 4749 5223 5177

Materia seca 8950 9000 8970 8949 8880

Materia orgaacutenica 8940 8990 8985 8969 8970

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Tabla 3 Anaacutelisis bromatoloacutegico de los tratamientos

estudiados

Materiales utilizados

En la presente investigacioacuten se utilizoacute una nave

para ovinos con una dimensioacuten de 10 m de ancho

por 40 m de largo con techo de laacutemina aislante

piso de cemento con las ventanas hacia el norte

y hacia el sur el enjarre es de cemento pintado

de blanco

En esta nave se lotificaron 24 corrales de

dos metros de ancho x tres de largo cada uno

separado con tubos de fierro con un diaacutemetro de

tres pulgadas Para el suministro de agua y

alimento se utilizaron comederos y bebederos de

plaacutestico Se dispuso de dos baacutesculas de

precisioacuten una con capacidad de 2600 kg para

pesar los minerales y la otra de 120 kg para pesar

los ovinos y los ingredientes de los tratamientos

asiacute como un molino de martillos con una criba

de dos mm y una revolvedora horizontal para

moler y mezclar los ingredientes de cada racioacuten

Se utilizaron un total de 72 ovinos de la raza

Pelibuey con un peso promedio de 25 kg

vacunada y desparasitados interna y

externamente

Procedimiento experimental

Los frutos de E cyclocarpum y B alicastrum

fueron secados al sol durante ocho diacuteas

consecutivos y despueacutes molidos en un molino de

martillo la mezcla de los ingredientes se hizo en

una revolvedora horizontal Un total de seis

tratamientos con cuatro repeticiones (tres

animales por repeticioacuten y 24 por tratamiento)

fueron estudiados bajo un disentildeo experimental

de bloques al azar boqueado por el peso de los

animales en ligeros (l) n= 12 con un peso

promedio de 24 kg medianos (m) n= 12 peso

promedio 25 kg y pesados (p) n= 12 peso

promedio 26 kg El peso promedio de los

animales por tratamiento fue de 25kg

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LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Cada animal se aretoacute con un nuacutemero

progresivo despueacutes fueron distribuidos en los

diferentes tratamientos Se desparasitoacute con

ivermectina (Ivomec) y se vacunoacute contra las

enfermedades maacutes comunes en la zona

(septicemia hemorraacutegica carboacuten sintomaacutetico y

edema maligno) aplicando Bacterina Triple y

contra Aacutentrax Despueacutes de distribuidos los

animales se les dio agua para evitar la

deshidratacioacuten Tuvieron un periodo de 8 diacuteas de

adaptacioacuten para las nuevas dietas en estudio

El experimento tuvo una duracioacuten de 72

diacuteas durante el cual se registraron las siguientes

mediciones

a Ganancia peso Los animales se pesaron

al inicio del experimento y despueacutes a

intervalos regulares cada 14 diacuteas con un

ayuno previo de 24 horas de alimento y

agua Las ganancias de peso catorcenal

se obtuvieron por diferencia entre dos

pesadas consecutivas

b Consumo de alimento El agua fue

ofrecida ad libitum El alimento se

pesaba y se ofreciacutea el 50 a las 9 de la

mantildeana y 50 a las 6 de la tarde al diacutea

siguiente a las 8 de la mantildeana se

recolectaban el alimento rechazado se

pesaba y por diferencia se sacoacute el

consumo diario

Los paraacutemetros a medir fueron

ndash Peso diario de alimento proporcionado a

los ovinos

ndash Peso del alimento rechazado diariamente

ndash Peso corporal de los ovinos

catorcenalmente despueacutes de una dieta de

24 horas y anaacutelisis econoacutemico de las

raciones

ndash Los paraacutemetros indirectos fueron

ndash Kg de alimento consumido por diacutea

ndash Ganancia media diaria de peso

ndash Conversioacuten alimenticia

Disentildeo experimental

El experimento se desarrolloacute bajo un disentildeo de

bloques al azar bloqueado por el peso de los

animales en ligero (l) mediano (m) y pesado (p)

El modelo estadiacutestico utilizado fue Yij + M +

Ti + Bj + TiBj

Doacutende

Yij = Variable de respuesta

M = Media ponderada

Ti = Efecto de tratamiento i-esimo

Bj = Efecto del bloque j-iesimo

Ti Bj = Interaccioacuten entre tratamiento i-esimo y

bloque j-iesim

Variables bajo estudio

Ganancia de peso

Consumo de alimento

Conversioacuten alimenticia

Los resultados fueron analizados

mediante ANOVA Utilizando los

procedimientos del paquete estadiacutestico

STATISCA 60 se hizo la comparacioacuten de

medias con la prueba de Tukey (Plt005)

Resultados y discusioacuten

Aspectos nutricionales de las especies

arboacutereas en estudio

La calidad nutritiva en cuanto a MS PC MO

ELN humedad cenizas grasa y fibra cruda La

uacutenica diferencia significativa encontrada entre

las especies en estudio correspondioacute a la proteiacutena

(2290 vs 1088) fibra (724 vs 1318) y

elementos libres de nitroacutegeno (ELN) (6045 vs

6702) (Tabla 4)

ELN estaacute representado principalmente

por los azuacutecares solubles de muy faacutecil digestioacuten

EL valor maacutes alto fue B alicastrum (6702)

comparado con el E cyclocarpum (6045)

El ELN en estos frutos es de suma

importancia para el balance de energiacutea y proteiacutena

en el rumen ya que representa una fuente de

energiacutea faacutecilmente fermentable la cual es

aprovechada raacutepidamente por la flora

microbiana para todos los procesos de siacutentesis

Corroborando lo publicado por Bondi 1988 con

el contenido de ELN de estos frutos estamos

proporcionando a los rumiantes un fuente de

energiacutea para la flora microbiana que esta a su

vez proporcionaraacute al animal mayor capacidad

de digestioacuten y aprovechamiento de los

nutrientes

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Determinacioacuten E

cyclocarpum

B

alicastrum

Humedad 387 203

Cenizas 425 552

Proteiacutena 2290 1088

Grasa 129 107

Fibra 724 1318

ELN 6045 6702

Materia seca 9613 9797

FDN 3458 1937

FDA 3128 1725

Lignina 2566 1225

Celulosa 526 425

Hemicelulosa 330 287

Nitroacutegeno 366 174

Foacutesforo 030 020

Potasio 086 100

Calcio 027 020

Magnesio 078 076

Azufre 022 024

Cobre ppm 556 552

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Fibra detergente neutro (FDN) fibra detergente aacutecida

(FDA)

Tabla 4 Anaacutelisis quiacutemico proximal de la harina de los

frutos de E cyclocarpum y B alicastrum reportados en

porcentaje

El contenido de proteiacutena cruda (PC)

obtenido en B alicastrum (1088) resulto maacutes

bajo de lo esperado comparado con otras

investigaciones entre ellos Sosa et al 2004

(1381) Palma 2006 (1304) sentildealaron que

la proteiacutena variacutea del 12 al 20 sin embargo

Carranza et al 2003 que reportaron 865 y

968 valores maacutes bajos encontrados en este

trabajo Para el E cyclocarpum (Carranza et al

2003 Cecconello et a 2003) reportaron 1828

y 1410 teniendo una variacioacuten con los valores

reportados por parte de Aacutelvarez et al 2003

reportoacute en PC 172 Palma en el 2006 encontroacute

el 1549 valores maacutes bajos a los encontrados

en este trabajo

Esta variacioacuten se puede deber que estos

autores sus investigaciones fueron realizados en

diferente estados y diferentes eacutepocas Por su

parte Barrientos (2006) reportoacute para la harina

del fruto E cyclocarpum valores de 2792 de

proteiacutena en Tomatlaacuten de 1944 en la Cruz de

Huanacaxtle 3179 en Autlaacuten 2285 en la

Huerta todos en el estado de Jalisco En general

en estas discrepancias pueden influir las

condiciones edafoloacutegicas del sitio y diferentes

periacuteodos de estudio

Fracciones de fibra de la harina de los frutos

de E cyclocarpum y B alicastrum

Con relacioacuten a las fracciones de fibra para las

diferentes harinas de los frutos en estudio se

muestran en el Tabla 4 Los contenidos de fibra

total expresados como FDA y FDN para E

cyclocarpum variaron entre 3128 y 3458 y

para B alicastrum 1725 1937

concernientemente lo cual puede indicar que la

disponibilidad de nutrientes en los frutos

completos es variable dependiendo del nivel de

fibra presente

El promedio de FDN y FDA para E

cyclocarpum son superiores a los reportados por

Cecconello et al 2003 (2753 199) y Sosa et

al 2004 (4120 y 2483) Estos valores son

muy parecidos a los reportados por Febles et

al (1999) donde los estimaciones son FDN

415 FDA 298 lignina (lig) 58 celulosa (cel)

225 y hemicelulosa (hemi) 117 Es posible

que la diferencia encontrada con estos autores se

deba a que estos frutos fueron evaluados en

diferente paiacutes por lo tanto diferentes

condiciones climaacuteticas y edafoloacutegicas

Dentro de los trabajos realizados con

frutos de B alicastrum se encuentran los de

Lizarraga et al 2001 Sosa et al 2004 los

cuales reportaron valores de 375 285 6750

4710 615 40 y 4348 en FDN y FDA por

su parte Delgado et al (2000) reportaron los

siguientes valores (FDN 558 FDA 358 lig 83

cel 25 y hemi 20) valores muy superiores a los

encontrados en este trabajo

Contenido de minerales de la harina de los

frutos de las arboacutereas en estudio

El contenido de minerales de la harina de E

cyclocarpum y B alicastrum se observan en el

Tabla iquest4 donde el potasio se encuentra en mayor

porcentaje en el fruto de B alicastrum con 100

con respecto a la harina de E cyclocarpum

(086) sin embargo nitroacutegeno (N) (366) se

encuentra en mayor cantidad en la harina de E

cyclocarpum Delgado et al (2000) sentildealaron

que el E cyclocarpum contiene el uno porciento

de foacutesforo y calcio Sin embargo Carranza et al

(2003) y Sosa et al (2004) encontraron los

valores de 09 451 117 19 ppm para estos

mismos minerales

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En un trabajo publicado por Cecconello

et al (2003) reportaron valores de 226 029

036 077 023 y 555 ppm para nitrogeno

foacutesforo calcio magnesio (Mg) azufre (S) y

cobre (Cu) Son valores muy similares a los

reportados en este trabajo con la diferencia de

que ellos evaluaron en Venezuela Por su parte

Romaacuten et al (2004) publicaron los siguientes

resultados 245 de N 117 19 029 ppm de P

K y Calcio Barrientos (2006) reportoacute para la

harina del fruto completo de E cyclocarpum

valores de 221 159 081 032 019 027

0052 y 0034 de N Ca K Mg sodio (Na) P

Cu y fierro en la localidad de Tomatlaacuten Jalisco

Destacandose el N (366) de los reportados

por los otros autores Para B alicastrum

Carranza et al (2003) reportaron 014 y 267

de foacutesforo y calcio Romaacuten et al (2004)

encontraron 154 de N 4 20 065 ppm de P

K y Ca respectivamente Los valores reportados

por estos autores son similares a los obtenidos en

este trabajo las diferencias pueden ser por la

calidad del sitio y antildeo de observacioacuten

Prueba de comportamiento

El consumo de alimento diario para el

tratamiento de las dietas testigo la inclusioacuten del

10 y el 20 de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum no se encontroacute

diferencia significativa (Pgt005) entre los

tratamientos al realizar el anaacutelisis de varianza

La inclusioacuten de los diferentes niveles de harina

de E cyclocarpum y B alicastrum no modificoacute

explicativamente el consumo de alimento con

respecto a la racioacuten testigo Estos datos se

pueden observar maacutes objetivamente en el Tabla

5

Tratamientos E cyclocarpum

(g)

B alicastrum

(g)

T1 y T4 289a 292b

T2 y T5 291a 294ordf

T3 y T6 297a 301ordf

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de inclusioacuten

No hay diferencia significativa entre tratamientos

(Plt005)

Tabla 5 Consumo de alimento diario para los ovinos en

los seis tratamientos

Auacuten el no existir diferencias estadiacutesticas

en el consumo de las diferentes raciones en

estudio los resultados mostraron una tendencia

positiva entre el consumo y el nivel de inclusioacuten

de harina de E cyclocarpum y B alicastrum en

la dieta

Esta tendencia difiere con los resultados

obtenidos por Gonzaacutelez et al (1989) quienes

encontraron un menor consumo de materia seca

al comparar un nivel de inclusioacuten de 311 en

contra de 0 y 155 de E cyclocarpum

Gonzaacutelez et al (1989) y Amaro et al (1993)

sentildealan que el maacuteximo consumo voluntario de

materia seca se encontroacute en los niveles de

inclusioacuten del 31 y el 48 en tanto que Bonilla

(1999) indicoacute que el consumo voluntario

aumento conforme se incrementoacute la inclusioacuten de

la harina de E cyclocarpum en la dieta de 40 a

61 Los resultados anteriores mostraron una

gran variacioacuten entre la relacioacuten que guardan el

nivel de inclusioacuten de la harina de los frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum y el consumo de

alimento de las diferentes raciones este

fenoacutemeno pudiera estar explicado por los

diferentes tiempos de secado del fruto y de

almacenado de la harina referidos por los

distintos autores

En este estudio el fruto fue secado al sol

durante 10 diacuteas por espacio de ocho horas el

fruto fue molido y ofertado a los animales con un

periodo de acopio de seis meses mientras que

Peacuterez y Zapata (1993) utilizaron ocho diacuteas de

exposicioacuten y un periacuteodo corto de almacenaje en

tanto Alvarez et al (2003) utilizaron la harina

de E cyclocarpum despueacutes de un antildeo de

almacenaje Este periodo de almacenaje pudo

influir en algunas de las caracteriacutesticas

organoleacutepticas del alimento modificando su

consumo tanto en el E cyclocarpum como el B

alicastrum

Aumento de peso

En cuanto al aumento de peso diario para los

diferentes tratamientos se observoacute diferencias

significativas (Plt005)

Tratamientos E cyclocarpum

(g)

B alicastrum

(g)

T1 y T4 242a 230a

T2 y T5 220a 238a

T3 y T6 167b 198b

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de inclusioacuten

Letras diferentes en lineas indican diferencia significativa

(Plt005)

Tabla 6 Aumento de peso diario de los ovinos en los

diferentes tratamientos

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Los resultados de Gonzaacutelez et al (1989)

mencionaron ganancias de peso diario de 96 a

102 g con niveles de inclusioacuten de 15 y 30 de

harina de E cyclocarpum en raciones basadas

en 73 y 63 de rastrojo de maiacutez

respectivamente Peacuterez et al (1991)

encontraron 101 y 141 g de aumento de peso con

inclusiones de 10 y 20 de la harina cuando

proporcionaron 40 de rastrojo de maiacutez y 20

de sorgo con animales criollos y de un peso

inicial de 22 kg Bonilla (1999) reportoacute que

cuando se utilizaron niveles de 12 y 24 de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum en una

dieta con un contenido de 40 de rastrojo de

maiacutez y 14 de grano de sorgo obtuvo un

aumento de peso de 127 gdiacutea

Aacutelvarez et al (2003) en un trabajo

realizado con harina de E cyclocarpum y

gallinaza con inclusiones del 15 y el 30 obtuvo

una ganancia de peso diaria de 86 y 74 g Por

otro lado Peralta et al (2004) reporta 168 160

y 125 g de aumento de peso con niveles de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum de 10 20

y 30 Como podemos observar en este trabajo

los aumentos de peso fueron superiores a los

reportados por otros autores mientras que las

tablas de nutricioacuten (NRC 1996) recomienda el

16 de proteiacutena para animales confinados de

razas especializadas con un promedio de 20 a 25

kg de peso y para ganancia de peso de 250 y 300

g por diacutea valores muy similares a los obtenidos

en este trabajo

Conversioacuten alimenticia En la conversioacuten

alimenticia se observan diferencias

significativas (Plt005) para el tratamiento de la

inclusioacuten del 20 de harina de E cyclocarpum

y de B alicastrum en relacioacuten con los demaacutes

tratamientos (Tabla 7)

Tratamientos E

cyclocarpum

(kg)

B

alicastrum

(kg)

T1 y T4 613b 1 651b 1

T2 y T5 678b 1 636b 1

T3 y T6 705a 1 781a 1

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de

inclusioacuten

Tabla 7 Conversioacuten alimenticia para los ovinos en los

diferentes tratamientos

Letras diferentes en columnas hay

diferencia significativa (Plt005)

La conversioacuten alimenticia de los

animales en todos los tratamientos con inclusioacuten

de harina de fruto de E cyclocarpum fue mejor

a la encontrada por Bonilla (1999) quien al

utilizar una inclusioacuten de 48 en la racioacuten obtuvo

una conversioacuten alimenticia de 81 (es decir que

necesita ocho unidades de alimento para

producir una de carne)

Por otro lado Aacutelvarez et al (2003)

utilizando 30 de harina de E cyclocarpum y

hasta un 20 de rastrojo de maiacutez en la dieta

obtuvo una conversioacuten de 7471

Peralta et al (2004) en un trabajo

realizado con ovinos estabulados y utilizando la

inclusioacuten de 10 20 y 30 de E cyclocarpum

encontroacute que la conversioacuten alimenticia fue

estadiacutesticamente similar para todos los

tratamientos (471 391 y 471) superior al

encontrado en esta investigacioacuten

Finalmente Peacuterez et al 1991

mencionaron que con la inclusioacuten de 20 de

harina de frutos de E cyclocarpum se consiguioacute

la mayor conversioacuten alimenticia (698) y el

menor costo de produccioacuten por concepto de

alimentacioacuten ($220) resultando similar al

encontrado en este trabajo

El costo estimado de alimento por kilogramo

de carne producida

Para los tratamientos estudiados en ovinos en

estabulacioacuten lo podemos observar en el (Tabla

8) el costo maacutes bajo correspondioacute a la inclusioacuten

del 10 de E cyclocarpum y el maacutes alto para

la dieta testigo Los costos de la alimentacioacuten

decrecieron en un 14 a un 26 por kg de carne

producida comparado con la racioacuten testigo

(Tabla 8)

Se calculoacute el costo por kilogramo de la

harina de los frutos de E cyclocarpum y de B

alicastrum considerando el salario miacutenimo de la

localidad aplicado a mano de obra para

recoleccioacuten molienda e integracioacuten a los

tratamientos estudiados

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Testigo Ecyclocarpum B alicastrum Costokg

de

ingrediente

Ingredientes 10 20 10 20

Rastrojo de maiacutez

2700 5450 2700 5450 2700 165

Alfalfa 1200 - 1 740 - 1320 255

Trigo 2200 - 480 - 480 285

Sorgo 2000 1700 1500 1500 1500 235

Melaza 1450 1000 1000 1000 1000 200

Harina de

pescado

200 320 100 550 520 800

Harina de frutos - 1000 2000 10 20 200

Roca fosfoacuterica 100 100 100 100 100 140

Carbonato de calcio

100 100 100 100 100 380

Vitaminas 025 025 025 025 025 900

Minerales 005 005 005 005 005 095

Sal 100 100 100 100 100 145

Urea 160 200 150 200 150 430

Totales 10000 10000 10000 10000 10000

Costokg de

Alimento

245 213 221 242 244

Tabla 8 Porcentaje de los Ingredientes de las raciones en

estudio

Tratamientos Conversioacuten

alimenticia

Costo por

kg de

racioacuten

Costo alimento

kg de carne

producido

E cyclocarpum

T1 636a 1 280 1780

T2 678a 1 229 1552

T3 705b 1 181 1276

B alicastrum

T4 651a 1 280 1823

T5 613a 1 235 1441

T6 781b 1 204 1593

A b c literal diferente por columna indica diferencia

estadiacutestica (Plt005)

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de

inclusioacuten

Tabla 9 Conversioacuten alimenticia y costo estimado en los

diferentes tratamientos en ovinos en estabulacioacuten

El costo del kilogramo de carne

producida el maacutes bajo correspondioacute al 10 de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum aunque

este tratamiento no fue el mejor en cuanto a

consumo de alimento y conversioacuten alimenticia

esto se puede deber a que la fuente proteica de la

racioacuten es la de mayor costo y con esta inclusioacuten

del 10 se bajan los costos de produccioacuten

Peralta et al (2003) mencionaron que el costo

de alimento por carne producida en ovinos en

estabulacioacuten para la dieta testigo fue de $1076

en las inclusiones del 10 20 y 30 de harina de

frutos de E cyclocarpum fue de 935 721 y

837 respectivamente sus costos fueron menores

a los encontrados en este trabajo este fenoacutemenos

se puede deber a que no le asignaron un costo a

la harina de los frutos o que la fecha de la

investigacioacuten fue tres antildeos anteriores a este

trabajo porque los costos de los insumos

aumentan considerablemente antildeo con antildeo

Conclusiones

La inclusioacuten de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum en las raciones

alimenticias de los ovinos mejoroacute el consumo

El consumo de alimento fue mejor con la

inclusioacuten del 10 de B alicastrum La

conversioacuten alimenticia y el aumento de peso fue

mejor para la dieta testigo T1

El valor econoacutemico de la racioacuten

alimenticia con la inclusioacuten de las harina de los

frutos de E cyclocarpum el mejor fue con el

10 como sustituto de una fuente proteica en

ovinos estabulados lo que permitioacute mantener su

desarrollo con una disminucioacuten significativa de

los costos de produccioacuten Hay que considerar

que el costo se calculoacute con el de la mano de obra

local y no puede aplicarse a nivel nacional o

internacional

La inclusioacuten de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum en la

alimentacioacuten de rumiantes es una alternativa

teacutecnicamente viable dependiendo del nivel de

inclusioacuten la distancia y los costos de transporte

a las plantas de produccioacuten

la respuesta productiva encontrada en los

ovinos suplementados con frutos de leguminosas

arboacutereas estaacute asociada principalmente con

aumento en el consumo voluntario de materia

seca y energiacutea digestible mayor flujo de

proteiacutena microbial al duodeno y un mejor

balance entre nutrientes gluco y cetogeacutenicos

Referencias

Aacutelvarez M Melgarejo M y Castantildeeda N

2003 Ganancia de peso conversioacuten y eficiencia

alimentaria en ovinos alimentados con fruto

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60

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Bondi A 1988 Nutricioacuten Animal Editorial

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Bonilla CJ 1999 Uso de vainas de parota en

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Tecnoacutelogias Llave en Mano Primera Edicioacuten

SAGAR-INIFAP Meacutexico DF p 20

Carranza M M Sanchez V L Pineda L R

Cuevas G R 2003 Calidad y potencial forrajero

de especies del bosque tropical caducifolio de la

sierra de Manantlan Meacutexico Agrociencia

marzo-abril No 02 Colegio de Posgraduados

Texcoco Mexico pp 206-207

Cecconello C Benezra M Obispo N 2003

Composicioacuten quimica y degradabilidad ruminal

de los frutos de algunas especies forrajeras

lentildeosas de un bosque seco tropical Zootecnia

Tropical 21(2) pp 149 - 165

Delgado Denia C O La O Bertha Chongo

Juana Galindo y Yusleidys Santos 2000

Determinacioacuten del valor nutritivo del follaje de

dos aacuterboles forrajeros tropicales Brosimun

alicastrum y Bauhinia galpinii IV Taller

Internacional Silvopastoril Los aacuterboles y

arbustos en la ganaderia tropical 29 de

noviembre-1ro De diciembre del 2000 Tomo 1

Estacioacuten experimental de pastos y forrajes

ldquoIndio Hatueyrdquo Cuba pp 102 - 104

Enkerlin EC Cano G Garza RA Y Vogel

E 1997 Ciencia Ambiental y Desarrollo

Sostenible International Thomson Editores

Meacutexico DF p 666

Febles G Ruiz TE Chongo J Alonso O I

Scull H Gutierrez D y Hernaacutendez L 1999

Evaluacioacuten de diferentes especies de aacuterboles y

arbustos para el desarrollo de sistemas

silvopastoriles en el troacutepico Memorias del

primer congreso latinoamericano de

agroforesteria para la produccioacuten animal

sostenible Cali Colombia pp 1 - 9

Giraldo L A 1996a Efecto de tres Densidades

de Aacuterboles en el Potencial Forrajero de un

Sistema Silvopastoril Natural IN Memorias

Seminario Internacional Sistemas

Silvopastoriles Casos Exitosos y su Potencial en

Colombia Santafeacute de Bogotaacute La Dorada Santa

Marta Noviembre 27-29diciembre 1996

Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural pp

57-72

Gonzaacutelez SA Ariceaga N Altamirano A y

Huerta M 1989 Evaluacioacuten del valor nutritivo

de la parota (Enterolobium cyclocarpum) en los

alimentos de ovinos Memorias del Segundo

Congreso Nacional de Produccioacuten Ovina San

Luis Potosiacute Mexico pp 113 ndash 115

Laker MW 1994 Where is the beef

Incorporating cattle into sustainable agroforestry

systems in the Amazon Basin Agroforestry

Systems 25 pp 227-241

Lizarraga S H Solorio S FJ Sandoval C

CA 2001 Evaluacioacuten agronoacutemica de especies

arboacutereas para la produccioacuten de forraje en la

Peninsula de Yucataacuten Livestock Research for

Rural Development 13(6)2001 pp 1 ndash 9

National Reserarch Council (1996) Nutrient

requirements of dairy cattle Sixth edition p 34

Palma JM 2006 Los sitemas silvopastoriles en

el troacutepico seco mexicano Arch Latinoam Prod

Anim 2006 14 (3) pp 95 - 104

Peralta N Palma JM Macedo R 2004

Efectos de diferentes niveles de inclusioacuten de

parota (Enterolobium cyclocarpum) en el

desarrollo de ovinos en estabulacioacuten FMVZ

Universidad de Colima Tecomaacuten Colima p 3

Peacuterez E Perezgrovas R y Sosa R 1991

Utilizacioacuten de frutos de guanacaste (E

cyclocarpum Jacq Griseb) como fuente de

proteina en la alimentacioacuten de borregos

Memorias del Cuarto Congreso Nacional de

Produccioacuten Ovina Chiapas Mexico pp 10 - 11

Peacuterez RJ y Zapata BG 1993 Utilizacioacuten de

ramoacuten Brosimun alicastrum en alimentacioacuten de

ovinos en crecimiento In Reunion Nacional de

Investigacioacuten Pecuaria (Puerto Vallarta Mex)

Memorias SNT p 157

61

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 52-61

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-

LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Romaacuten LM Mora S A Gallegos R A 2004

Especies arboreas de la costa de Jalisco Mexico

utilizadas como forraje en sistemas

silvopastoriles Scientia - CUCBA 6(1-2) 3 -

112004 p 10

Sosa R EE Perez R D Ortega R L Zapata

B G 2004 Evaluacioacuten del potencial forrajero

de aacuterboles y arbustos tropicales para la

alimentacioacuten de ovinos Tec Pecu Mex

200442 (2) pp 129 - 144

Sotelo A Contreras E and FloresS 1997

Nutritional value and content of antinutritional

compounds and toxics in ten wild legumes of

Yucatan Peninsula Plant Foods for Human

Nutrition pp 115-123

Van Soest P y R Wine 1967 Uses of detergent

in the analysis of fibrous forages IV

Determination of plant cell-wall constituents J

Assoc Off Anal Chem 50 pp 50-55

Van Soest PJ 1979 Physico-chemical aspects

of fibre digestion In Digestion and metabolism

in the ruminant (eds I W McDonald and A C

I Warner) p 351-356

Instrucciones para la Publicacioacuten Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten

[Tiacutetulo en Times New Roman y Negritas No 14 en Espantildeol e Ingleacutes]

Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 1er Autordagger Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre

del 1er Coautor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 2do Coautor y Apellidos (EN

MAYUSCULAS) Nombre del 3er Coautor

Institucioacuten de Afiliacioacuten del Autor incluyendo dependencia (en Times New Roman No10 y Cursiva)

International Identification of Science - Technology and Innovation

ID 1er Autor (ORC ID - Researcher ID Thomson arXiv Author ID - PubMed Autor ID - Open ID) y CVU 1er Autor (Becario-

PNPC o SNI-CONACYT) (No10 Times New Roman)

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(Becario-PNPC o SNI-CONACYT) (No10 Times New Roman)

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(Becario-PNPC o SNI-CONACYT) (No10 Times New Roman)

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(Becario-PNPC o SNI-CONACYT) (No10 Times New Roman)

(Indicar Fecha de Enviacuteo Mes Diacutea Antildeo) Aceptado (Indicar Fecha de Aceptacioacuten Uso Exclusivo de ECORFAN)

Resumen (En Espantildeol 150-200 palabras)

Objetivos

Metodologiacutea

Contribucioacuten

Indicar 3 palabras clave en Times New Roman y

Negritas No 10 (En Espantildeol)

Resumen (En Ingleacutes 150-200 palabras)

Objetivos

Metodologiacutea

Contribucioacuten

Indicar 3 palabras clave en Times New Roman y

Negritas No 10 (En Ingleacutes)

Citacioacuten Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 1er Autor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 1er

Coautor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 2do Coautor y Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 3er

Coautor Tiacutetulo del Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica Antildeo 1-1 1-11 (Times New Roman No 10)

Correspondencia del Autor (ejemploejemploorg)

dagger Investigador contribuyendo como primer autor

ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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MAYUSCULAS) Nombre del 1er Coautor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 2do Coautor y Apellidos (EN

MAYUSCULAS) Nombre del 3er Coautor Tiacutetulo del Artiacuteculo Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica Antildeo (Times New Roman No8)

Introduccioacuten

Texto redactado en Times New Roman No12

espacio sencillo

Explicacioacuten del tema en general y explicar

porque es importante

iquestCuaacutel es su valor agregado respecto de las demaacutes

teacutecnicas

Enfocar claramente cada una de sus

caracteriacutesticas

Explicar con claridad el problema a solucionar y

la hipoacutetesis central

Explicacioacuten de las secciones del Artiacuteculo

Desarrollo de Secciones y Apartados del

Artiacuteculo con numeracioacuten subsecuente

[Tiacutetulo en Times New Roman No12 espacio

sencillo y Negrita]

Desarrollo de Artiacuteculos en Times New Roman

No12 espacio sencillo

Inclusioacuten de Graacuteficos Figuras y Tablas-

Editables

En el contenido del Artiacuteculo todo graacutefico tabla

y figura debe ser editable en formatos que

permitan modificar tamantildeo tipo y nuacutemero de

letra a efectos de edicioacuten estas deberaacuten estar en

alta calidad no pixeladas y deben ser notables

aun reduciendo la imagen a escala

[Indicando el tiacutetulo en la parte inferior con Times

New Roman No 10 y Negrita]

Graacutefico 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Figura 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Tabla 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Cada Artiacuteculo deberaacute presentar de manera

separada en 3 Carpetas a) Figuras b) Graacuteficos

y c) Tablas en formato JPG indicando el

nuacutemero en Negrita y el Titulo secuencial

Para el uso de Ecuaciones sentildealar de la

siguiente forma

Yij = α + sum βhXhijrh=1 + uj + eij

(1)

Deberaacuten ser editables y con numeracioacuten alineada

en el extremo derecho

Metodologiacutea a desarrollar

Dar el significado de las variables en redaccioacuten

lineal y es importante la comparacioacuten de los

criterios usados

Resultados

Los resultados deberaacuten ser por seccioacuten del

Artiacuteculo

Anexos

Tablas y fuentes adecuadas

Agradecimiento

Indicar si fueron financiados por alguna

Institucioacuten Universidad o Empresa

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ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 1er Autor Apellidos (EN

MAYUSCULAS) Nombre del 1er Coautor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 2do Coautor y Apellidos (EN

MAYUSCULAS) Nombre del 3er Coautor Tiacutetulo del Artiacuteculo Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica Antildeo (Times New Roman No8)

Conclusiones

Explicar con claridad los resultados obtenidos y

las posibilidades de mejora

Referencias

Utilizar sistema APA No deben estar

numerados tampoco con vintildeetas sin embargo

en caso necesario de numerar seraacute porque se

hace referencia o mencioacuten en alguna parte del

Artiacuteculo

Utilizar Alfabeto Romano todas las

referencias que ha utilizado deben estar en el

Alfabeto romano incluso si usted ha citado un

Artiacuteculo libro en cualquiera de los idiomas

oficiales de la Organizacioacuten de las Naciones

Unidas (Ingleacutes Franceacutes Alemaacuten Chino Ruso

Portugueacutes Italiano Espantildeol Aacuterabe) debe

escribir la referencia en escritura romana y no en

cualquiera de los idiomas oficiales

Ficha Teacutecnica

Cada Artiacuteculo deberaacute presentar un documento

Word (docx)

Nombre de la Revista

Tiacutetulo del Artiacuteculo

Abstract

Keywords

Secciones del Artiacuteculo por ejemplo

1 Introduccioacuten

2 Descripcioacuten del meacutetodo

3 Anaacutelisis a partir de la regresioacuten por curva de

demanda

4 Resultados

5 Agradecimiento

6 Conclusiones

7 Referencias

Nombre de Autor (es)

Correo Electroacutenico de Correspondencia al Autor Referencias

Requerimientos de Propiedad Intelectual

para su edicioacuten

Firma Autoacutegrafa en Color Azul del Formato de

Originalidad del Autor y Coautores

Firma Autoacutegrafa en Color Azul del Formato de

Aceptacioacuten del Autor y Coautores

Reserva a la Poliacutetica Editorial

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica se reserva el derecho de hacer los cambios editoriales requeridos

para adecuar los Artiacuteculos a la Poliacutetica Editorial del Research Journal Una vez aceptado el Artiacuteculo en

su versioacuten final el Research Journal enviaraacute al autor las pruebas para su revisioacuten ECORFANreg

uacutenicamente aceptaraacute la correccioacuten de erratas y errores u omisiones provenientes del proceso de edicioacuten

de la revista reservaacutendose en su totalidad los derechos de autor y difusioacuten de contenido No se aceptaraacuten

supresiones sustituciones o antildeadidos que alteren la formacioacuten del Artiacuteculo

Coacutedigo de Eacutetica ndash Buenas Praacutecticas y Declaratoria de Solucioacuten a Conflictos Editoriales

Declaracioacuten de Originalidad y caraacutecter ineacutedito del Artiacuteculo de Autoriacutea sobre la obtencioacuten de

datos e interpretacioacuten de resultados Agradecimientos Conflicto de intereses Cesioacuten de derechos

y distribucioacuten

La Direccioacuten de ECORFAN-Meacutexico SC reivindica a los Autores de Artiacuteculos que su contenido debe

ser original ineacutedito y de contenido Cientiacutefico Tecnoloacutegico y de Innovacioacuten para someterlo a evaluacioacuten

Los Autores firmantes del Artiacuteculo deben ser los mismos que han contribuido a su concepcioacuten

realizacioacuten y desarrollo asiacute como a la obtencioacuten de los datos la interpretacioacuten de los resultados su

redaccioacuten y revisioacuten El Autor de correspondencia del Artiacuteculo propuesto requisitara el formulario que

sigue a continuacioacuten

Tiacutetulo del Artiacuteculo

ndash El enviacuteo de un Artiacuteculo a Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica emana el compromiso del autor de

no someterlo de manera simultaacutenea a la consideracioacuten de otras publicaciones seriadas para ello

deberaacute complementar el Formato de Originalidad para su Artiacuteculo salvo que sea rechazado por

el Comiteacute de Arbitraje podraacute ser retirado

ndash Ninguno de los datos presentados en este Articulo ha sido plagiado oacute inventado Los

datos originales se distinguen claramente de los ya publicados Y se tiene conocimiento del testeo

en PLAGSCAN si se detecta un nivel de plagio Positivo no se procederaacute a arbitrar

ndash Se citan las referencias en las que se basa la informacioacuten contenida en el Artiacuteculo asiacute

como las teoriacuteas y los datos procedentes de otros Artiacuteculos previamente publicados

ndash Los autores firman el Formato de Autorizacioacuten para que su Artiacuteculo se difunda por los medios

que ECORFAN-Meacutexico SC en su Holding Bolivia considere pertinentes para divulgacioacuten y

difusioacuten de su Artiacuteculo cediendo sus Derechos de Obra

ndash Se ha obtenido el consentimiento de quienes han aportado datos no publicados obtenidos

mediante comunicacioacuten verbal o escrita y se identifican adecuadamente dicha comunicacioacuten y

autoriacutea

ndash El Autor y Co-Autores que firman este trabajo han participado en su planificacioacuten disentildeo y

ejecucioacuten asiacute como en la interpretacioacuten de los resultados Asimismo revisaron criacuteticamente el

trabajo aprobaron su versioacuten final y estaacuten de acuerdo con su publicacioacuten

ndash No se ha omitido ninguna firma responsable del trabajo y se satisfacen los criterios de

Autoriacutea Cientiacutefica

ndash Los resultados de este Artiacuteculo se han interpretado objetivamente Cualquier resultado

contrario al punto de vista de quienes firman se expone y discute en el Artiacuteculo

Copyright y Acceso

La publicacioacuten de este Artiacuteculo supone la cesioacuten del copyright a ECORFAN-Mexico SC en su

Holding Bolivia para su Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica que se reserva el derecho a distribuir

en la Web la versioacuten publicada del Artiacuteculo y la puesta a disposicioacuten del Artiacuteculo en este formato

supone para sus Autores el cumplimiento de lo establecido en la Ley de Ciencia y Tecnologiacutea de los

Estados Unidos Mexicanos en lo relativo a la obligatoriedad de permitir el acceso a los resultados de

Investigaciones Cientiacuteficas

Tiacutetulo del Artiacuteculo

Nombre y apellidos del Autor de contacto y de los Coautores Firma

1

2

3

4

Principios de Eacutetica y Declaratoria de Solucioacuten a Conflictos Editoriales

Responsabilidades del Editor

El Editor se compromete a garantizar la confidencialidad del proceso de evaluacioacuten no podraacute revelar a

los Aacuterbitros la identidad de los Autores tampoco podraacute revelar la identidad de los Aacuterbitros en ninguacuten

momento

El Editor asume la responsabilidad de informar debidamente al Autor la fase del proceso editorial en que

se encuentra el texto enviado asiacute como de las resoluciones del arbitraje a Doble Ciego

El Editor debe evaluar los manuscritos y su contenido intelectual sin distincioacuten de raza geacutenero

orientacioacuten sexual creencias religiosas origen eacutetnico nacionalidad o la filosofiacutea poliacutetica de los Autores

El Editor y su equipo de edicioacuten de los Holdings de ECORFANreg no divulgaraacuten ninguna informacioacuten

sobre Artiacuteculos enviado a cualquier persona que no sea el Autor correspondiente

El Editor debe tomar decisiones justas e imparciales y garantizar un proceso de arbitraje por pares justa

Responsabilidades del Consejo Editorial

La descripcioacuten de los procesos de revisioacuten por pares es dado a conocer por el Consejo Editorial con el

fin de que los Autores conozcan cuaacuteles son los criterios de evaluacioacuten y estaraacute siempre dispuesto a

justificar cualquier controversia en el proceso de evaluacioacuten En caso de Deteccioacuten de Plagio al Artiacuteculo

el Comiteacute notifica a los Autores por Violacioacuten al Derecho de Autoriacutea Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de

Innovacioacuten

Responsabilidades del Comiteacute Arbitral

Los Aacuterbitros se comprometen a notificar sobre cualquier conducta no eacutetica por parte de los Autores y

sentildealar toda la informacioacuten que pueda ser motivo para rechazar la publicacioacuten de los Artiacuteculos Ademaacutes

deben comprometerse a mantener de manera confidencial la informacioacuten relacionada con los Artiacuteculos

que evaluacutean

Cualquier manuscrito recibido para su arbitraje debe ser tratado como documento confidencial no se

debe mostrar o discutir con otros expertos excepto con autorizacioacuten del Editor

Los Aacuterbitros se deben conducir de manera objetiva toda criacutetica personal al Autor es inapropiada

Los Aacuterbitros deben expresar sus puntos de vista con claridad y con argumentos vaacutelidos que contribuyan

al que hacer Cientiacutefico Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten del Autor

Los Aacuterbitros no deben evaluar los manuscritos en los que tienen conflictos de intereses y que se hayan

notificado al Editor antes de someter el Artiacuteculo a evaluacioacuten

Responsabilidades de los Autores

Los Autores deben garantizar que sus Artiacuteculos son producto de su trabajo original y que los datos han

sido obtenidos de manera eacutetica

Los Autores deben garantizar no han sido previamente publicados o que no esteacuten siendo considerados en

otra publicacioacuten seriada

Los Autores deben seguir estrictamente las normas para la publicacioacuten de Artiacuteculos definidas por el

Consejo Editorial

Los Autores deben considerar que el plagio en todas sus formas constituye una conducta no eacutetica

editorial y es inaceptable en consecuencia cualquier manuscrito que incurra en plagio seraacute eliminado y

no considerado para su publicacioacuten

Los Autores deben citar las publicaciones que han sido influyentes en la naturaleza del Artiacuteculo

presentado a arbitraje

Servicios de Informacioacuten

Indizacioacuten - Bases y Repositorios

RESEARCH GATE (Alemania)

GOOGLE SCHOLAR (Iacutendices de citaciones-Google)

REDIB (Red Iberoamericana de Innovacioacuten y Conocimiento Cientiacutefico- CSIC)

MENDELEY (Gestor de Referencias bibliograacuteficas)

DULCINEA (Revistas cientiacuteficas espantildeolas)

UNIVERSIA (Biblioteca Universitaria-Madrid)

SHERPA (Universidad de Nottingham- Inglaterra)

Servicios Editoriales

Identificacioacuten de Citacioacuten e Iacutendice H

Administracioacuten del Formato de Originalidad y Autorizacioacuten

Testeo de Artiacuteculo con PLAGSCAN

Evaluacioacuten de Artiacuteculo

Emisioacuten de Certificado de Arbitraje

Edicioacuten de Artiacuteculo

Maquetacioacuten Web

Indizacioacuten y Repositorio

Traduccioacuten

Publicacioacuten de Obra

Certificado de Obra

Facturacioacuten por Servicio de Edicioacuten

Poliacutetica Editorial y Administracioacuten

21 Santa Luciacutea CP-5220 Libertadores -Sucre ndash Bolivia Tel +52 1 55 6159 2296 +52 1 55 1260 0355

+52 1 55 6034 9181 Correo electroacutenico contactecorfanorg wwwecorfanorg

ECORFANreg

Editor en Jefe ROSALES-BORBOR Eleana BsC

Directora Ejecutiva RAMOS-ESCAMILLA Mariacutea PhD

Director Editorial PERALTA-CASTRO Enrique MsC

Disentildeador Web

ESCAMILLA-BOUCHAN Imelda PhD

Diagramador Web

LUNA-SOTO Vladimir PhD

Asistente Editorial

SORIANO-VELASCO Jesuacutes BsC

Traductor

DIacuteAZ-OCAMPO Javier BsC

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Licencias del Sitio

03-2010-032610094200-01-Para material impreso 03-2010-031613323600-01-Para material

electroacutenico 03-2010-032610105200-01-Para material fotograacutefico 03-2010-032610115700-14-Para

Compilacioacuten de Datos 04 -2010-031613323600-01-Para su paacutegina Web 19502-Para la Indizacioacuten

Iberoamericana y del Caribe 20-281 HB9-Para la Indizacioacuten en Ameacuterica Latina en Ciencias Sociales y

Humanidades 671-Para la Indizacioacuten en Revistas Cientiacuteficas Electroacutenicas Espantildea y Ameacuterica Latina

7045008-Para su divulgacioacuten y edicioacuten en el Ministerio de Educacioacuten y Cultura-Espantildea 25409-Para su

repositorio en la Biblioteca Universitaria-Madrid 16258-Para su indexacioacuten en Dialnet 20589-Para

Indizacioacuten en el Directorio en los paiacuteses de Iberoameacuterica y el Caribe 15048-Para el registro internacional

de Congresos y Coloquios financingprogramsecorfanorg

Oficinas de Gestioacuten 21 Santa Luciacutea CP-5220 Libertadores -Sucre ndash Bolivia

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

ldquoProduccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomaterdquo

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto

SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato

ldquoEstudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemicordquo

GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano

GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

ldquoDisentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de airerdquo

SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel

TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo

ldquoModelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFTrdquo

VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y

RIVAS-CASTRO Sofiacutea

Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca

ldquoOptimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficiordquo

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y

GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

ldquoEfecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremadordquo

AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

ldquoInclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y

Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten

de ovinosrdquo

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-

LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Universidad de Guadalajara

Page 5: Revista de Energía Química y Física...ISSN 2410-3934 Revista de Energía Química y Física Volumen 6, Número 19 – Abril – Junio - 2019

Comiteacute Arbitral

PALOS - PIZARRO Isidro PhD

Centro de Investigacioacuten en Quiacutemica Aplicada

VALDEacuteS - ORDONtildeEZ Alejandro PhD

Centro de Investigacioacuten y de Estudios Avanzados

HERRERA - PEacuteREZ Gabriel PhD

Universidad Autoacutenoma del Estado de Morelos

RIOS - DONATO Nely PhD

Universidad de Guanajuato

SALAZAR - HERNAacuteNDEZ Ma Mercedes PhD

Universidad de Guanajuato

GARCIacuteA - ORTEGA Heacutector PhD

Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

LOacutePEZ - URETA Luz Cecilia PhD

Universidad de Guadalajara

CERTUCHA - BARRAGAacuteN Mariacutea Teresa PhD

Universidad Autoacutenoma de Baja California

DEL VALLE - GRANADOS Joseacute Mario PhD

Centro de Investigacioacuten Cientiacutefica y Educacioacuten Superior de Ensenada

RAMIacuteREZ - JIMEacuteNEZ Sandra Ignacia PhD

Universidad Autoacutenoma del Estado de Morelos

GAMBOA - HERNAacuteNDEZ Adriana PhD

Instituto Tecnoloacutegico de Saltillo

GARCIA - BETANCOURT Maria Luisa PhD

Universidad Autoacutenoma del Estado de Morelos

Cesioacuten de Derechos

El enviacuteo de un Artiacuteculo a Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica emana el compromiso del autor de no

someterlo de manera simultaacutenea a la consideracioacuten de otras publicaciones seriadas para ello deberaacute

complementar el Formato de Originalidad para su Artiacuteculo

Los autores firman el Formato de Autorizacioacuten para que su Artiacuteculo se difunda por los medios que

ECORFAN-Meacutexico SC en su Holding Bolivia considere pertinentes para divulgacioacuten y difusioacuten de su

Artiacuteculo cediendo sus Derechos de Obra

Declaracioacuten de Autoriacutea

Indicar el Nombre de 1 Autor y 3 Coautores como maacuteximo en la participacioacuten del Articulo y sentildealar en

extenso la Afiliacioacuten Institucional indicando la Dependencia

Identificar el Nombre de 1 Autor y 3 Coautores como maacuteximo con el Nuacutemero de CVU Becario-PNPC

o SNI-CONACYT- Indicando el Nivel de Investigador y su Perfil de Google Scholar para verificar su

nivel de Citacioacuten e iacutendice H

Identificar el Nombre de 1 Autor y 3 Coautores como maacuteximo en los Perfiles de Ciencia y Tecnologiacutea

ampliamente aceptados por la Comunidad Cientiacutefica Internacional ORC ID - Researcher ID Thomson -

arXiv Author ID - PubMed Author ID - Open ID respectivamente

Indicar el contacto para correspondencia al Autor (Correo y Teleacutefono) e indicar al Investigador que

contribuye como primer Autor del Artiacuteculo

Deteccioacuten de Plagio

Todos los Artiacuteculos seraacuten testeados por el software de plagio PLAGSCAN si se detecta un nivel de plagio

Positivo no se mandara a arbitraje y se rescindiraacute de la recepcioacuten del Articulo notificando a los Autores

responsables reivindicando que el plagio acadeacutemico estaacute tipificado como delito en el Coacutedigo Penal

Proceso de Arbitraje

Todos los Artiacuteculos se evaluaraacuten por pares acadeacutemicos por el meacutetodo de Doble Ciego el arbitraje

Aprobatorio es un requisito para que el Consejo Editorial tome una decisioacuten final que seraacute inapelable en

todos los casos MARVIDreg es una Marca de derivada de ECORFANreg especializada en proveer a los

expertos evaluadores todos ellos con grado de Doctorado y distincioacuten de Investigadores Internacionales

en los respectivos Consejos de Ciencia y Tecnologiacutea el homologo de CONACYT para los capiacutetulos de

America-Europa-Asia-Africa y Oceania La identificacioacuten de la autoriacutea deberaacute aparecer uacutenicamente en

una primera paacutegina eliminable con el objeto de asegurar que el proceso de Arbitraje sea anoacutenimo y cubra

las siguientes etapas Identificacioacuten del Research Journal con su tasa de ocupamiento autoral -

Identificacioacuten del Autores y Coautores- Deteccioacuten de Plagio PLAGSCAN - Revisioacuten de Formatos de

Autorizacioacuten y Originalidad-Asignacioacuten al Consejo Editorial- Asignacioacuten del par de Aacuterbitros Expertos-

Notificacioacuten de Dictamen-Declaratoria de Observaciones al Autor-Cotejo de Artiacuteculo Modificado para

Edicioacuten-Publicacioacuten

Instrucciones para Publicacioacuten Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten

Aacuterea del Conocimiento

Los trabajos deberaacuten ser ineacuteditos y referirse a temas de Quiacutemica analiacutetica quiacutemica farmaceacuteutica quiacutemica

fiacutesica quiacutemica inorgaacutenica quiacutemica macromolecular quiacutemica nuclear fiacutesica de fluidos fiacutesica

estadiacutestica fiacutesica molecular fiacutesica teoacuterica y a otros temas vinculados a las Biologiacutea y Quiacutemica

Presentacioacuten del Contenido

Como pimer artiacuteculo presentamos Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de

residuos de planta de jitomate por CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan

Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML con adscripcioacuten en la

Universidad de Guanajuato como segundo artiacuteculo presentamos Estudio de la evolucioacuten de C N Chl

en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico por GUZMAacuteN-

PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y

MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea con adscripcioacuten en el Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

como tercer artiacuteculo presentamos Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire por SORIA-MEJIacuteA Sandra

Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

con adscripcioacuten en el Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo como cuarto artiacuteculo presentamos

Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos

DFT por VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-

CASTRO Sofiacutea con adscripcioacuten en el Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero y el

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca como quinto artiacuteculo presentamos Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en

proceso de beneficio por ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y

GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar con adscripcioacuten en la Universidad Tecnoloacutegica de Parral

como sexto artiacuteculo presentamos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de

queso tipo panela descremado por AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y

ROMO Carlos como uacuteltimo artiacuteculo presentamos Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos

de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en

la alimentacioacuten de ovinos por DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa

GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique con adscripcioacuten en la Universidad de

Guadalajara

Contenido

Artiacuteculo Paacutegina

Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomate

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto

SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato

1-12

Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico

GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE

Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

13-21

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-

MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo

22-30

Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFT VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-

CASTRO Sofiacutea

Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca

31-38

Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-

DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

39-43

Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremado

AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

44-51

Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y

Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten

de ovinos

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA

Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Universidad de Guadalajara

52-61

1

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 1-12

Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomate

Hydrogen production from anaerobic digestion of tomatorsquos plant waste

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Saraidagger MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES

Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato Carretera Irapuato-Silao Km 9 CP 36500 Irapuato Gto Meacutexico

ID 1er Autor Sarai Camarena-Martiacutenez ORC ID 0000-0002-0681-6364 CVU CONACYT ID 495584

ID 1er Coautor Juan Humberto Martiacutenez-Martiacutenez ORC ID 0000-0002-6325-3553 CVU CONACYT ID 335602

ID 2do Coautor Adriana Saldantildea-Robles ORC ID 0000-0001-8871-1621 CVU CONACYT ID 224323

ID 3er Coautor Graciela ML Ruiz-Aguilar ORC ID 0000-0001-9460-1429 CVU CONACYT ID 122467

DOI 1035429JCPE2019196112 Recibido 20 de Abril 2019 Aceptado 30 Junio 2019

Resumen

Entre las alternativas de obtencioacuten de energiacutea limpia que

se estaacuten desarrollando se reconoce el hidroacutegeno (H2)

como un portador de energiacutea prometedor al poseer un alto

rendimiento energeacutetico (122 kJg) y se obtiene a partir de

residuos lignoceluloacutesicos mediante un proceso bioloacutegico

En el estado de Guanajuato se generan altas cantidades de

residuos de planta derivados del cultivo de jitomate al ser

el cultivo que mayormente se produce mediante

agricultura protegida en el estado Por lo que el objetivo

del presente estudio fue el aprovechar residuos de planta

de jitomate para la generacioacuten de hidroacutegeno a traveacutes del

proceso de digestioacuten anaerobia Se evaluaron dos fuentes

de inoacuteculo microflora nativa de la planta de jitomate y

lodo anaerobio pretratado a 100degC por 24 h y cuatro

medios minerales a un pH inicial de 65 plusmn 02 en

experimentos en lote El rendimiento maacutes alto fue de 374

mLH2 g SV usando microflora nativa y medio mineral

con extracto de levadura Se logroacute una produccioacuten de

hidroacutegeno similar a lo reportado en la literatura para otros

residuos destacando en nuestro caso el ser innecesario el

pretratamiento del sustrato o del inoacuteculo Por lo que la

metodologiacutea propuesta resulta eficiente para la produccioacuten

de hidroacutegeno a partir de la planta de jitomate

Hidroacutegeno Digestioacuten anaerobia Planta de jitomate

Abstract

Hydrogen (H2) is recognized as a promising energy carrier

among the alternatives for obtaining clean energy since it

has a high energy efficiency (122 kJ g) and can be

obtained from lignocellulosic waste through a biological

process In the state of Guanajuato high amounts of plant

waste derived from tomato cultivation are generated

because this is the crop mostly produced through protected

agriculture So the objective of the present study was to

consider tomato plant residues for the generation of

hydrogen through the anaerobic digestion process Two

sources of inoculum native microflora of the tomato plant

and anaerobic sludge pretreated at 100 deg C for 24 h and

four mineral media at an initial pH of 65 plusmn 02 in batch

experiments were evaluated The highest yield was 374

mLH2 g SV using native microflora and mineral media

with yeast extract Hydrogen production was found like

those reported in the literature for other type of waste

highlighting the no-need to pretreat the substrate or

inoculum Therefore the methodology propose is efficient

to the hydrogen production from tomato plant residues

Hydrogen Anaerobic digestion Tomato

Citacioacuten CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y

RUIZ-AGUILAR Graciela ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 1-12

Correspondencia del Autor (Correo electroacutenico gracielarugtomx)

dagger Investigador contribuyendo como primer Autor

ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

2

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

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ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El hidroacutegeno posee un alto contenido de energiacutea

por unidad de peso (122 MJ Kg) y su

combustioacuten no genera emisiones de CO2 lo cual

lo hace una alternativa de produccioacuten de energiacutea

amigable con el medio ambiente (Jain et al

2010) Sin embargo alrededor del 90 del

hidroacutegeno producido se obtiene mediante

procesos electroquiacutemicos y termoquiacutemicos que

requieren altos consumos de energiacutea y de

combustibles foacutesiles (Kapdan y Kargi 2006

Balat y Kirtay 2010) Por ello en los uacuteltimos

antildeos las investigaciones se han enfocado en la

obtencioacuten de hidroacutegeno mediante procesos

bioloacutegicos como la biofotoacutelisis la

fotofermentacioacuten y la fermentacioacuten oscura ya

que se pueden llevar a cabo en condiciones

ambientales y requieren mucho menos consumo

de energiacutea (Guo et al 2010)

La fermentacioacuten oscura es

particularmente atractiva porque no necesita

energiacutea lumiacutenica no tiene problemas de

inhibicioacuten por la presencia de oxiacutegeno requiere

pequentildeos voluacutemenes de reactor y se puede llevar

a cabo con un bajo costo de capital en

comparacioacuten con los procesos de biofotolis y

fotofermentacioacuten (Levin et al 2004 Nath y

Das 2004 Pandey et al 2013)Otra ventaja

muy importante del proceso de fermentacioacuten

oscura es que se pueden aprovechar residuos

agriacutecolas como materia prima para la produccioacuten

de hidroacutegeno

Los residuos agriacutecolas son una fuente

prometedora debido a su abundancia

distribucioacuten en todo el mundo y a su bajo costo

(Guo et al 2010) La utilizacioacuten de bagazo de

cantildea de azuacutecar paja de trigo planta de sorgo

paja de maiacutez entre otros se ha estudiado en los

uacuteltimos antildeos (Li y Chen 2007 Ivanova et al

2009 Fangkum y Reungsang 2011 Peacuterez et al

2015)

Existen otros cultivos que poseen un alto

impacto econoacutemico y en la generacioacuten de

residuos como es el cultivo de jitomate Meacutexico

es el principal proveedor a nivel mundial de

jitomate con una participacioacuten en el mercado

internacional de 251 del valor de las

exportaciones mundiales (SAGARPA 2017)

No obstante desde su cultivo hasta su

procesamiento se generan desechos que carecen

de valor comercial y no tienen una adecuada

disposicioacuten

Hasta el momento la informacioacuten

disponible sobre la produccioacuten de hidroacutegeno a

partir de residuos de planta de jitomate se

encuentra muy limitada y aun no se ha evaluado

la variacioacuten de distintos factores que afectan el

rendimiento de H2 a partir de este sustrato como

el tipo de inoacuteculo y la composicioacuten del medio

Estos son paraacutemetros importantes que afectan la

evolucioacuten de las viacuteas fermentativas (Wang y

Wan 2009 De Gioannis et al 2013) Bajo este

panorama se estudiaron dos fuentes de inoacuteculo

microflora nativa de la planta de jitomate y lodo

anaerobio pretratado a 100 degC por 24 h y cuatro

medios minerales en experimentos en lote para

conocer su efecto en la produccioacuten de hidroacutegeno

Metodologiacutea a desarrollar

La metodologiacutea que se siguioacute se resume en la

Figura 1 Se llevoacute a cabo la recoleccioacuten y

molienda del sustrato y para la evaluacioacuten de la

produccioacuten de hidroacutegeno se consideraron dos

variables el tipo de inoacuteculo y el tipo de medio

mineral El biogaacutes producido se cuantificoacute

mediante cromatografiacutea de gases

Figura 1 Metodologiacutea general para la produccioacuten de H2 a

partir de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Recoleccioacuten de la parte aeacuterea de

la planta de jitomate

Molienda

(Tamiz 20)

Produccioacuten de H2

Evaluacioacuten del tipo

de medio mineral

Evaluacioacuten del tipo

de inoacuteculo

A B C D Lodo

anaerobio

(LA)

Microflora nativa de

la planta de jitomate

(Nat)

Medicioacuten de la cantidad y composicioacuten

del biogaacutes por cromatografiacutea de gases

3

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ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Sustratos e inoacuteculo

El sustrato consistioacute en la parte aeacuterea de la planta

y fue recolectado al termino del ciclo de vida en

las instalaciones de la Expo agroalimentaria

ubicados en la ciudad de Irapuato Gto La

variedad de planta de jitomate fue Saladette

Las plantas se secaron bajo sol durante

15 diacuteas hasta llegar a una humedad entre 6 y

10 La planta seca se molioacute en un molino

agriacutecola de martillos y se dejoacute almacenada a

temperatura ambiente hasta su uso

Posteriormente para los anaacutelisis de

caracterizacioacuten y de produccioacuten de biogaacutes se

utilizoacute un molino marca SURTEK y un tamiz

para conseguir un tamantildeo de partiacutecula de

aproximadamente 085 mm

El inoacuteculo empleado consistioacute en lodo

anaerobio que fue recolectado de un biodigestor

tipo bolsa de geomembra de 1000 L el cual se

alimenta con estieacutercol vacuno y es operado a

temperatura ambiente El biodigestor se

encuentra ubicado en las instalaciones de la

Divisioacuten Ciencias de la Vida El inoacuteculo

recolectado se desgasificoacute a temperatura

ambiente (197 plusmn 70 degC) por un periodo de 10

diacuteas Posteriormente este lodo se pretrato a 100

degC por un periodo de 24 h para emplearlo como

inoacuteculo LA en los experimentos de produccioacuten

de hidroacutegeno

Meacutetodos analiacuteticos

Para la caracterizacioacuten del sustrato se

realizaron los siguientes anaacutelisis soacutelidos totales

y soacutelidos volaacutetiles carbono orgaacutenico

carbohidratos estructurales (celulosa

hemicelulosa y lignina) nitroacutegeno total

Kjeldahl demanda quiacutemica de oxiacutegeno y pH

Ademaacutes se determinoacute el contenido de ST y SV

del inoacuteculo

El contenido de carbono orgaacutenico se

realizoacute por el meacutetodo de ignicioacuten de acuerdo con

Dean 1974 la determinacioacuten de carbohidratos

estructurales se hizo mediante la metodologiacutea de

van Soest et al 1973 y el pH por medio del

meacutetodo reportado por Kang et al 2014 El

contenido de nitroacutegeno total Kjeldahl DQO

mediante el meacutetodo de reflujo cerrado y

contenido de soacutelidos totales y soacutelidos volaacutetiles se

realizoacute seguacuten los meacutetodos estaacutendares (APHA

2005)

Produccioacuten de H2

Se evaluaron dos fuentes de inoacuteculo microflora

nativa de la planta de jitomate (Inoacuteculo Nat) y

lodo anaerobio pretratado a 100 degC por 24 h

(Inoacuteculo LA) y cuatro medios minerales (A B

C y D) cuya composicioacuten se indica en la Tabla

1 El medio mineral D corresponde al medio

mineral reportado por Lara et al 2014 y los

medios minerales A B y C presentan una

modificacioacuten con respecto al medio mineral D

ya sea en la cantidad antildeadida de fosfatos yo en

la adicioacuten de extracto de levadura

El medio mineral usualmente posee

capacidad tampoacuten (Angelidaki et al 2004

Angelidaki et al 2009) y esta puede estar dada

por el buffer de fosfatos el cual es el maacutes

empleado en los experimentos de produccioacuten de

H2 por digestioacuten anaerobia (Lin y Lay 2004 Lin

et al 2011) Con la finalidad de aminorar costos

y evitar una saturacioacuten de fosfatos en el medio

(Cubillos et al 2010 Zhao et al 2010 Liu et

al 2015 Xu et al 2016) se optoacute por utilizar la

propuesta de Lara et al 2014 (0075M medio

mineral D) y otras dos concentraciones 002M

(medio mineral B y C) y 01M (medio mineral

A)

Por otro lado se recomienda la adicioacuten

de vitaminas al medio mineral especialmente

cuando se manejan residuos agriacutecolas para evitar

inhibicioacuten por sustrato de la digestioacuten

(Angelidaki et al 2004 Lindorfer et al 2007

Angelidaki et al 2009)

El extracto de levadura posee vitaminas

del complejo B y ademaacutes constituye una fuente

de nitroacutegeno por lo que es muy usado en los

medios minerales en conjunto con otras fuentes

de nitroacutegeno (Fan et al 2006 Ivanova et al

2009 Li y Chen 2007 Li et al 2012)

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ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Medio

mineral Composicioacuten de medio mineral por litro

A

KH2PO4 46 g K2HPO4 100 g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

B

KH2PO4 20 g K2HPO4 092 g Extracto de

levadura 15 gL MgCl2middot6H2O 01g CaCl2

002 g MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O

0025g CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O

0125mg

C

KH2PO4 20 g K2HPO4 092 g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

D

KH2PO4 48g K2HPO4 698g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

Tabla 1 Tipos de medio mineral evaluados para la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de residuos de planta de

jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Los experimentos se llevaron a cabo en un

reacutegimen en lote a un pH inicial de 65 plusmn 02 Se

adiciono 159 plusmn 002 g de planta de jitomate seca

y molida por cada 100 mL de mezcla

(equivalente a 106 g SV sustratoL) El volumen de

trabajo fue de 80 mL manejando y un ldquoespacio

de cabezardquo de 40 mL Los reactores se incubaron

a 37degC durante un periodo de 15 diacuteas en

condiciones estaacuteticas Para los tratamientos en

los que se empleoacute Inoacuteculo LA se antildeadioacute la

cantidad 124 plusmn 002 g de inoacuteculo pretratatado y

molido por cada 100 mL de mezcla (equivalente

a 625 g SV inoacuteculoL) Cada tratamiento se realizoacute

por duplicado

El control negativo consistioacute en inoacuteculo

LA pretratado a 100 degC por 24 h sin antildeadir

sustrato y se agregoacute el medio mineral Lara et al

2014 para completar a un volumen de 80 mL

El anaacutelisis de cromatografiacutea de gases para

la deteccioacuten de H2 O2 N2 y CH4 se realizoacute

tomando 30 μL del gas presente en el ldquoespacio

de cabezardquo de cada botella Este se analizoacute en un

cromatoacutegrafo PerkinElmer reg modelo Clarus

580 con una columna capilar Elite CG GS-

MOSIEVE 52 (30m x 053 mm x 50 μm) y un

detector tipo TCD Las temperaturas del

inyector horno y detector fueron 150 50 y 200

degC respectivamente Se utilizoacute argoacuten como fase

moacutevil a una presioacuten de 14 psi

Para analizar las diferencias significativas

entre cada uno de los tratamientos se manejoacute un

disentildeo factorial 2x4 y el meacutetodo de Tukey con

un valor alfa de 5 mediante el software de

Statgraphics Centurion XVI

Resultados

Caracterizacioacuten fisicoquiacutemica

Los resultados de la caracterizacioacuten

fisicoquiacutemica de la parte aacuterea de la planta de

jitomate se muestran en la Tabla 3 En cuanto a

la determinacioacuten del contenido de ST y SV del

lodo anaerobio fresco sin pretratar se obtuvo

1350 plusmn 074 en base huacutemeda y 5068 plusmn 370

en base seca respectivamente Posteriormente

este lodo se pretratoacute a 100 degC por un periodo de

24 h para emplearlo como inoacuteculo LA en los

tratamientos T1 T3 T5 y T7 (Tabla 2)

Rendimiento de H2 y contenido de H2 en el

biogas

Solo en tres tratamientos se detectoacute produccioacuten

de H2 en el biogaacutes (T4 T7 y T8) En el

tratamiento T4 se obtuvo el mayor rendimiento

de 374 mL H2 g SV (Tabla 4)

La produccioacuten de H2 en el tratamiento T4

se detectoacute a partir de la medicioacuten realizada a las

63 horas Para los tratamientos T7 y T8 se

detectoacute hasta la medicioacuten realizada a las 135

horas Esto indica que los microorganismos

tardan maacutes tiempo en adaptarse en las

condiciones manejadas en los tratamientos T7 y

T8 comparado con las establecidas en T4 En el

caso de los tratamientos T4 y T7 no se observa

produccioacuten de hidroacutegeno a las 327 h en cambio

en el tratamiento T8 la produccioacuten continua

incluso despueacutes de haber transcurridos 15 diacuteas

(Grafico 1)

En el tratamiento T4 durante las

primeras 135 horas de incubacioacuten se obtuvo una

concentracioacuten de hidroacutegeno arriba del 60 y a

partir de la medicioacuten realizada a las 183 h se

observoacute una disminucioacuten significativa de la

concentracioacuten Para el tratamiento T7 el pico

maacutes alto de concentracioacuten se detectoacute a las 135 h

y a partir de la siguiente medicioacuten se observoacute una

disminucioacuten gradual de la concentracioacuten de

hidroacutegeno (Grafico 2)

5

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ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Clave Medio mineral Inoacuteculo

T1 A LA

T2 A Nat

T3 B LA

T4 B Nat

T5 C LA

T6 C Nat

T7 D LA

Tabla 2 Tratamientos para evaluar la produccioacuten de H2 en

experimentos en lote a partir de residuos de planta de

jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Paraacutemetros Planta de jitomate

CN 1986 plusmn 067

ST ()1 9074 plusmn 014

SV ()2 7359 plusmn 014

Celulosa ()2 2857 plusmn 140

Hemicelulosa ()2 842 plusmn 108

Lignina ()2 749 plusmn 113

Azuacutecares reductores2 170 plusmn 018

DQO ( mg g SV) 78796 plusmn 2697

pH 660 plusmn 006 1 Porcentaje base huacutemeda 2 Porcentaje base seca

Tabla 3 Caracterizacioacuten fisicoquiacutemica de la planta

recolectada de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Clave Medio

mineral Inoacuteculo

Rendimiento

Biogaacutes (mL g

SV)

Rendimiento

H2 (mL g

SV)

T1 A LA 255 plusmn 42 00

T2 A Nat 336 plusmn 11 00

T3 B LA 749 plusmn15 00

T4 B Nat 578 plusmn 48 374 plusmn 48

T5 C LA 276 plusmn 30 00

T6 C Nat 60 plusmn 04 00

T7 D LA 286 plusmn 27 50 plusmn 20

T8 D Nat 252 plusmn 71 93 plusmn 75

Tabla 4 Rendimientos de produccioacuten de biogaacutes e

hidroacutegeno obtenido en cada tratamiento para la produccioacuten

de H2 en experimentos en lote a partir de residuos de planta

de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

En el caso del tratamiento T8 el

contenido de H2 fue incrementando

gradualmente durante el periodo de 15 diacuteas El

contenido de hidroacutegeno en el biogaacutes total

producido fue del 65 18 y 37 en los

tratamientos T4 T7 y T8 respectivamente De

manera que en el tratamiento T4 se obtuvo la

maacutes alta concentracioacuten de hidroacutegeno en el biogaacutes

pero la produccioacuten maacutes duradera se observoacute en

el tratamiento T8 (Grafico 2) Alemahdi et al

2015 evaluaron la produccioacuten de H2 usando

como sustrato paja de arroz en codigestioacuten con

lodos activados de aguas residuales

Ellos obtuvieron una concentracioacuten de

hidroacutegeno en el biogaacutes de 695 el cual es un

valor cercano a lo obtenido en el tratamiento T4

Dhanasekar et al 2018 reportaron un contenido

de H2 en el biogaacutes del 18 a partir de tallo de

sorgo y usando la cepa Bacillus subtilis

AUChE413 para llevar a cabo la fermentacioacuten

Este porcentaje es igual al obtenido en el

tratamiento T7 de nuestro estudio Otros autores

mencionan rangos de concentracioacuten de H2 entre

el 44 y 57 a partir de residuos de tallo de maiacutez

(Zhang et al 2007 Fan et al 2008) Por lo cual

nuestros resultados obtenidos son similares a lo

reportado en la literatura y en base a esto el

porcentaje de H2 en el biogaacutes obtenido en el

tratamiento T4 puede ser considerado de una alta

concentracioacuten

Efecto del tipo de inoacuteculo sobre la produccioacuten

de hidroacutegeno

El tipo de inoacuteculo tuvo efecto significativo sobre

la produccioacuten de hidroacutegeno (P lt 005) siendo el

inoacuteculo Nat el que mostroacute un mayor rendimiento

(ver Anexo Tabla 1 y Tabla 2)

Estos resultados difieren con lo reportado

por Peacuterez 2015 los cuales evaluaron cuatro

consorcios microbianos como inoacuteculo para la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de paja de trigo

Los consorcios se obtuvieron a partir de

muestras de suelo de jardiacuten rumen de vaca lodo

anaerobio y la microflora nativa de la paja de

trigo Se reportoacute que el maacutes alto rendimiento se

obtuvo de los reactores inoculados con lodo

anaerobio seguido de la flora nativa de la paja de

trigo No obstante en este estudio el lodo

anaerobio no recibioacute ninguacuten tipo de

pretratamiento

El menor rendimiento de produccioacuten de

H2 a partir de lodos anaerobios (Inoculo LA)

comparado con el obtenido a partir de la

microflora nativa de la planta de jitomate

(Inoacuteculo Nat) pudo ser causado por el

pretratamiento teacutermico aplicado al Inoacuteculo LA

que provoco una disminucioacuten en la diversidad

microbiana

6

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de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Grafico 1 Cineacuteticas de produccioacuten de hidroacutegeno

acumulado en los tratamientos T4 T7 y T8 durante 15 diacuteas

de incubacioacuten

Fuente Elaboracioacuten Propia

Grafico 2 Contenido de hidroacutegeno () en los tratamientos

T4 T7 y T8 durante 15 diacuteas de incubacioacuten

Fuente Elaboracioacuten Propia

En la literatura se mencionan diferentes

condiciones de pretratamiento teacutermico con la

finalidad de eliminar cepas consumidoras de

hidroacutegeno las cuales no forman endoesporas y

por ello no logran sobrevivir a altas temperaturas

por tiempos prolongados (Fang et al 2002 Liu

et al 2002 Duangmanee et al 2007 Kanso et

al 2011)

Sin embargo estos tratamientos teacutermicos

pueden llegar a ser poco tolerantes para la mayor

parte de los microorganismos presentes en los

lodos anaerobios lo que trae como consecuencia

una disminucioacuten alta de la diversidad microbiana

(Navarro et al 2016) Esto implica que las viacuteas

metaboacutelicas disponibles son menos diversas lo

que dificulta la degradacioacuten del sustrato (Tracy

et al 2014 Vanwonterghem et al 2014a)

Asimismo un consorcio productor de hidroacutegeno

con menos especies podriacutea disminuir la

estabilidad ante perturbaciones o invasiones

ambientales (Shade et al 2012

Vanwonterghem et al 2014b)

La aplicacioacuten de pretratamiento teacutermicos

a maacutes bajas temperaturas (80-90 degC) puede ser

recomendable para incrementar la concentracioacuten

de cepas productoras de hidroacutegeno sin alterar

significativamente las interacciones sintroacuteficas

entre cada grupo microbiano que conforma el

inoacuteculo

Efecto de la composicioacuten del medio mineral

sobre la produccioacuten de hidroacutegeno

De acuerdo con el ANOVA realizado la

composicioacuten del medio mineral tuvo un efecto

significativo en el rendimiento de H2 (P lt 005)

(ver Anexo Tabla 6 y Tabla 8)

No se detectoacute produccioacuten de hidroacutegeno al

emplear el medio mineral A Esto pudo deberse

a la alta concentracioacuten de fosfatos que afecto la

actividad metaboacutelica de la microflora del

Inoacuteculo LA y del inoacuteculo Nat ya que este medio

se preparoacute con la mayor concentracioacuten de

fosfatos (01 M) El fosfato es un nutriente

inorgaacutenico importante para el crecimiento

microbiano Las principales funciones del

fosforo es la generacioacuten de energiacutea en forma de

trifosfato de adenosina (ATP) y la regulacioacuten de

la capacidad amortiguadora del sistema celular

(Lin y Lay 2004)

Un aumento en la concentracioacuten de

fosfato resulta en un aumento de la capacidad de

las bacterias para producir hidroacutegeno Sin

embargo concentraciones demasiado altas de

fosfato podriacutean causar inhibicioacuten por el aumento

de la produccioacuten de aacutecidos grasos volaacutetiles lo

cual no es deseable ya que esto desviacutea los

reductores celulares de la produccioacuten de

hidroacutegeno (Lay et al 2005 Bisaillon et al

2006 Chandrasekhar et al 2015) No obstante

en la medicioacuten de pH despueacutes de 15 diacuteas de

incubacioacuten no se detectoacute una disminucioacuten

significativa del mismo para estos tratamientos

Seguacuten algunos protocolos establecidos

para llevar a cabo pruebas de digestioacuten anaerobia

a escala laboratorio se recomienda antildeadir una

mezcla de vitaminas del complejo B (biotina

aacutecido foacutelico riboflavina aacutecido pantotenico

entre otros) en la preparacioacuten del medio mineral

para evitar la inhibicioacuten del crecimiento de los

microrganismos por la ausencia de estos

nutrientes en sustratos no convencionales

(Madigan et al 2000 Angelidaki et al 2004

Angelidaki et al 2009)

00

100

200

300

400

0 100 200 300 400

Ren

dim

iento

de

H2

(mL

H2

g S

V s

ust

rato

)

Tiempo (h)

T4

T7

T8

0

01

02

03

04

05

06

07

0 100 200 300 400

Co

nte

nid

o d

e H

2(

)

Tiempo (h)

T4

T7

T8

7

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de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

El extracto de levadura es un extracto

soluble en agua formado por el autolisado de

ceacutelulas de levaduras y es un producto rico en

vitaminas especialmente del complejo B

aminoaacutecidos y otros factores de crecimiento En

el tratamiento T4 se empleoacute inoacuteculo Nat en

medio mineral B el cual contiene extracto de

levadura (15 gL) y se observoacute una produccioacuten

de hidroacutegeno maacutes temprana con respecto al

tratamiento T8 en el cual se usoacute inoacuteculo Nat en

medio mineral D que no contiene extracto de

levadura Esto indica que en nuestros

experimentos el extracto de levadura juega un

papel importante en la adaptacioacuten del inoacuteculo

Nat a las condiciones establecidas

Por otro lado el extracto de levadura

constituye una fuente orgaacutenica de nitroacutegeno al

igual que la peptona Li y Chen 2007 evaluaron

la produccioacuten de biohidroacutegeno a partir de paja de

maiacutez mediante Clostridium butytiricum AS1209

usando tres diferentes fuentes de nitroacutegeno

NH4HCO3 urea y extracto de levadura en el

medio mineral En su estudio los rendimientos

de hidroacutegeno al usar fuentes de nitroacutegeno

orgaacutenico (urea y extracto de levadura) fueron

mucho maacutes altos que al emplear una fuente de

nitroacutegeno inorgaacutenico (NH4HCO3) Esto tambieacuten

fue reportado por Ueno et al 2001 y Ferchichi

et al 2005

Kalil et al 2009 reportaron que la

adicioacuten de fuentes de nitroacutegeno orgaacutenicas mejora

el crecimiento celular con respecto a fuentes de

nitroacutegeno inorgaacutenico usando Clostridium

acetobutylicum como inoacuteculo y Zhang et al

2014 mencionan que el incremento gradual de

extracto de levadura disminuye el tiempo de la

fase de latencia empleando lodo activado como

inoacuteculo

Por lo que la adicioacuten de extracto de

levadura promueve una mejor adaptacioacuten de los

microorganismos para consumir el sustrato lo

que conlleva a una mayor produccioacuten de

hidroacutegeno o la obtencioacuten de biogaacutes con una

mayor concentracioacuten de hidroacutegeno (Kalil et

al2009 Alvarado-Cuevas et al 2013 Zhang et

al 2014)

Sustra

to

Pretratamie

nto de

sustrato

Inoacuteculo Pretratamie

nto de

inoacuteculo

Rendimie

nto

(mL H2 g

SV)

Referenc

ia

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Lodo

anaerobio

Sin

pretratamien

to

106 mL Peacuterez et

al 2015

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Microflora

nativa

Sin

pretratamien

to

70

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Composta

de estieacutercol

vacuno

Teacutermico 10 Fan et

al 2006

Paja de

trigo

HCl +

Calentamiento de

microondas

Composta

de estieacutercol vacuno

Teacutermico 680

Paja de

trigo

Enzimaacutetico

epa

Trichoderm

a

Lodo

anaerobio

Teacutermico

90degC 10

min

155 Queacutemeacutene

ur et al

2012

Pasto Ensilado

fermentacioacute

n con aacutecido

laacutectico pH lt40

Microflora

nativa

Ensilado 378plusmn58m

L H2 g

ensilado

Li et al

2012

Ensilad

o de

pasto

Quiacutemico

4 NaOH

24 h 20degC

Lodo

anaerobio

Teacutermico

hervido 30

min

65 Pakarine

n et al

2009

Paja de

maiacutez

Sin

pretratamien

to

C

butyricum

AS1209

Sin

pretratamien

to

90 Li y

Chen

2007

Paja de

maiacutez

15 MPa 10

min

C

butyricum

AS1209

Sin

pretratamien

to

680

Planta

de

sorgo

130degC 30

min

C

saccharolyti

cus (DSM8903)

Sin

pretratamien

to

324 Ivanova

et al

2009

Planta

de

jitomat

e

Sin

pretratamien

to

Microflora

nativa

Sin

pretratamien

to

374 (T4) y

93 (T8)

Este

estudio

Planta

de

jitomat

e

Sin

pretratamien

to

Lodo

anaerobio

Teacutermico

100degC 24 h 50 (T7)

Tabla 5 Rendimiento de produccioacuten de hidroacutegeno a partir

de residuos lignocelulosicos

Fuente Elaboracioacuten Propia

En nuestro estudio se obtuvo un mayor

rendimiento al emplear inoacuteculo Nat en medio

mineral B suplementado con extracto de

levadura (T4) que al usar medio mineral C (T6)

o medio mineral D (T8) tratamientos en los

cuales se adicionoacute una fuente de nitroacutegeno

inorgaacutenica (NH4Cl)

No obstante el inoacuteculo LA mostroacute un

comportamiento diferente con respecto al

inoacuteculo Nat ya que eacuteste no tuvo una mejora en

la produccioacuten de hidroacutegeno al adicionar extracto

de levadura El uacutenico medio mineral con el cual

se obtuvo produccioacuten de hidroacutegeno a partir de

este consorcio bacteriano fue el medio mineral

D

8

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Comparacioacuten de rendimientos de produccioacuten

de hidroacutegeno con respecto a otros estudios

El rendimiento obtenido en los tratamientos T4

T7 y T8 fue similar con respecto a lo reportado

por otros autores los cuales indican un

rendimiento de 10 a 680 mLg SV a partir de

residuos lignoceluloacutesicos como paja de maiacutez

paja de trigo planta de sorgo y ensilado de pasto

(Li y Chen 2007 Ivanova et al 2009 Pakarinen

et al 2009 Li et al 2012 Queacutemeacuteneur et al

2012 Peacuterez et al 2015) Con respecto al estudio

realizado por Peacuterez et al 2015 en el que se usoacute

como inoacuteculo microflora nativa procedente del

sustrato nuestro rendimiento obtenido en el

tratamiento T4 fue superior

En cambio en los estudios en los que se

llevoacute a cabo un pretratamiento teacutermico o

quiacutemico del sustrato con o sin pretratamiento del

inoacuteculo (Fan et al 2006 Li y Chen 2007) el

rendimiento que se obtuvo en nuestro estudio a

partir de planta de jitomate es inferior Para los

estudios en los cuales se llevoacute a cabo un

pretratamiento bioloacutegico del sustrato ya sea

ensilado o enzimaacutetico (Li et al 2012

Queacutemeacuteneur et al 2012) el rendimiento

conseguido en dichas investigaciones fue similar

al nuestro (Tabla 4 y 5)

Es importante resaltar que el maacutes alto

rendimiento obtenido en nuestro estudio (374

mL H2g SV) se dio en el tratamiento en que se

empleoacute microflora nativa (T4) es decir no fue

necesario antildeadir un inoacuteculo externo Ademaacutes no

se llevoacute a cabo ninguacuten tipo de pretratamiento

teacutermico bioloacutegico o quiacutemico del sustrato

Fuente Suma de

Cuadrados Gl

Cuadrado

Medio

Razoacuten-

F

Valor-

P

Efectos Principales

AInoacuteculo 464403 1 464403 4464 00002

BMedio Mineral 956527 3 318842 3065 00001

Interacciones

Ab 992527 3 330842 3180 00001

Residuos 8322 8 104025

Total (Corregido) 249668 15

Tabla 6 Anaacutelisis de Varianza para evaluar el efecto del

tipo de ldquoInoacuteculordquo y ldquoMedio mineralrdquo para la produccioacuten

de H2 (mL H2 g SV) a partir de la digestioacuten anaerobia de

residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Anexos

Meacutetodo 950 porcentaje Tukey HSD

Inoacuteculo Casos Media

LS

Sigma

LS

Grupos

Homogeacuteneos

LA 8 12 114031 X

Nat 8 11975 114031 X

Contraste Sig Diferencia +- Liacutemites

LA - Nat -10775 371878

indica una diferencia significativa

Tabla 7 Pruebas de Muacuteltiple Rangos para la Produccioacuten

de H2 (mL H2g SV) por factor ldquoInoacuteculordquo a partir de la

digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Meacutetodo 950 porcentaje Tukey HSD

Medio

mineral

Casos Media

LS

Sigma

LS

Grupos

Homogeacuteneos

C 4 0 161265 X

A 4 0 161265 X

D 4 745 161265 X

B 4 189 161265 X

Contraste Sig Diferencia +- Liacutemites

A - B -189 730076

A - C 0 730076

A - D -745 730076

B - C 189 730076

B - D 1145 730076

C - D -745 730076

indica una diferencia significativa

Tabla 8 Pruebas de Muacuteltiple Rangos para la Produccioacuten

de H2 (mL H2g SV) por factor ldquoMedio mineralrdquo a partir

de la digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Agradecimiento

SCM agradece al Consejo Nacional de Ciencia y

Tecnologiacutea (CONACYT) por su apoyo a traveacutes

de la beca no 442714 para realizar sus estudios

de doctorado

Conclusiones

El tipo de inoacuteculo y la composicioacuten del medio

mineral tuvieron efecto significativo sobre la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de la

fermentacioacuten anaerobia de residuos de planta

jitomate El inoacuteculo procedente de la microflora

nativa de la planta de jitomate (Inoacuteculo Nat)

presenta un mejor comportamiento en la

produccioacuten de H2 con respecto al inoacuteculo

presente en el lodo anaerobio pretratado (Inoacuteculo

LA)

9

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La adicioacuten de extracto de levadura

mejoroacute la adaptacioacuten de los microorganismos

que conforman el Inoacuteculo Nat lo cual se vio

reflejado en una mayor produccioacuten a un menor

tiempo de incubacioacuten Por otro lado a una

concentracioacuten de buffer fosfatos de 0075 M se

observoacute produccioacuten de hidroacutegeno pero al

incrementar el valor a 01 M se presentoacute una

inhibicioacuten de la produccioacuten Por tanto el maacutes

alto rendimiento obtenido fue de 374 mL H2g

SV al emplear Inoacuteculo Nat y medio mineral con

extracto de levadura a una concentracioacuten de

buffer fosfatos de 002 M (Medio mineral B)

Para posteriores trabajos se recomienda realizar

un proceso de optimizacioacuten de la concentracioacuten

de extracto de levadura y del buffer fosfatos en

la produccioacuten de hidroacutegeno empleando

microflora nativa de la planta de jitomate En

nuestro estudio no se llevoacute a cabo ninguacuten

pretratamiento teacutermico bioloacutegico o quiacutemico al

sustrato para lograr rendimientos similares o

superiores a lo reportado en la literatura para

otros tipos de residuos lignoceluloacutesicos

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12

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 1-12

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela

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de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

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13

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 13-21

Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la

irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico

Study of the evolution of C N Chl in green microalgae considering solar irradiation

through a dynamic model

GUZMAacuteN-PALOMINO Abrahamdagger AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro

Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero Tecnoloacutegico Nacional de Meacutexico

ID 1er Autor Abraham Guzmaacuten-Palomino ORC ID 0000-0001-6333-978X CVU CONACYT ID 415369

ID 1er Coautor Luciano Aguilera-Vaacutezquez ORC ID 0000-0001-8095-6528 CVU CONACYT ID 123018

ID 2do Coautor Pedro Martin Garciacutea-Vite ORC ID 0000-0002-4185-5879 CVU CONACYT ID 227310

ID 3er Coautor Ana Mariacutea Mendoza-Martiacutenez ORC ID 0000-0003-2592-9230 CVU CONACYT ID 8374

DOI 1035429JCPE20191961321 Recibido 11 de Abril 2019 Aceptado 30 de Junio 2019

Resumen

Aumentar el aprovechamiento de la irradiacioacuten solar por el

metabolismo fotosinteacutetico de microalgas verdes es necesario

para explotar su potencial como fuente de liacutepidos

carbohidratos pigmentos o compuestos aromaacuteticos como

fuente de biocombustibles o productos de intereacutes Las

microalgas expuestas a la luz solar se adaptan sintetizando

una mayor cantidad de pigmento para disipar la energiacutea

lumiacutenica incidente a su vez la sobresaturacioacuten de los

fotosistemas celulares pero reducen la eficiencia del uso de

la luz La fotoaclimatacioacuten se describe por el contenido en

masa de clorofila en relacioacuten al contenido de carbono en la

biomasa (g Chlg C) En un fotobiorreactor al aire libre la

irradiancia depende de la geografiacutea la eacutepoca del antildeo y de las

condiciones atmosfeacutericas En la presente propuesta se

establece el estudio de la generacioacuten de biomasa de

microalgas como una funcioacuten dinaacutemica de la irradiancia y los

nutrientes a partir de estequiometriacutea variable representada

como CNChl y la asimilacioacuten primaria de los nutrientes

como nitrato (N) y amonio (A) en GC Los resultados de

investigacioacuten muestran una evolucioacuten de GC NC ChlC y

la biomasa como C (carbono) en diferentes escenarios de

parametrizacioacuten mostrando resultados consistentes

Microalgas Biomasa Modelado

Abstract

Increasing the use of solar irradiation by the photosynthetic

metabolism of green microalgae is necessary to exploit its

potential as a source of lipids carbohydrates pigments or

aromatic compounds as a source of biofuels or products of

interest Microalgae exposed to sunlight are able to adapt by

synthesizing a greater amount of pigment to dissipate the

incident light energy controlling the supersaturation of

cellular photosystems but reducing the efficiency of the use

of light The photoacclimation is described by the content of

chlorophyll mass in relation to the carbon content in the

biomass (g Chl g C) In an outdoor photobioreactor

irradiance depends upon geographical location time of year

and atmospheric conditions In the present proposal the

generation of biomass is established as a dynamic function of

the nutrients represented as C NChl and the primary

assimilation of nutrients as Nitrate (N) and Ammonium (A)

The results of this research show an evolution of G C N C

Chl C and biomass as C (carbon) in different scenarios of

parameterization showing consistent results

Microalgae Biomass Modelling

Citacioacuten GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y

MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 13-21

Correspondencia del Autor (Correo electroacutenico lucianoaguileraitcmedumx)

dagger Investigador contribuyendo como primer autor

ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

14

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GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

Actualmente existe una preocupacioacuten derivada

del raacutepido crecimiento de la poblacioacuten mundial

y a que los avances en la tecnologiacutea han

incrementado la demanda energeacutetica la cual se

proyecta a incrementar en un 50 o maacutes para el

antildeo 2030 (Enamala et al 2018 Raheem

Prinsen Vuppaladadiyam Zhao amp Luque

2018 Shuba amp Kifle 2018)

Las reservas de petroacuteleo no pueden

compensar la tasa de consumo actual ya que es

105 veces maacutes raacutepida de lo que la naturaleza

puede proveer Adicionalmente el uso de los

combustibles foacutesiles produce emisiones de gases

de efecto invernadero y la subsecuente

acumulacioacuten de CO2 en la atmosfera lo que

produce el calentamiento global Encontrar

nuevas fuentes energeacuteticas que sean tecnoloacutegica

y econoacutemicamente viables es sumamente

importante hoy en diacutea (Enamala et al 2018

Finkel et al 2010 Raslavičius Striūgas amp

Felneris 2018 Shuba amp Kifle 2018)

Una alternativa es el uso de organismos

fotosinteacuteticos capaces de aprovechar la luz solar

para producir compuestos orgaacutenicos Entre

estos destacan las microalgas que se han

estudiado como fuente de biomasa viable para

producir biocombustibles alimentos

medicamentos entre otros productos de intereacutes

comercial (Garciacutea Vizcaiacuteno 2018 Gupta Lee

amp Choi 2015 Kenny amp Flynn 2014 2017)

Ademaacutes a traveacutes de la fotosiacutentesis las

microalgas reducen las emisiones de dioacutexido de

carbono en la atmosfera (Rizwan Mujtaba

Memon Lee amp Rashid 2018)

La luz es el factor maacutes importante

afectando la cineacutetica de la fotosiacutentesis algal En

general la mayoriacutea de los sistemas de cultivo en

masa de las microalgas estaacuten limitados por la luz

porque esta es faacutecilmente absorbida y dispersada

por las ceacutelulas de las algas (Jeon Cho amp Yun

2005 Lehmuskero Chauton amp Bostroumlm 2018

Url amp Geider 2012)

Sin embargo comprender el

comportamiento metaboacutelico de las microalgas

para producir biomasa es principalmente

importante Es por ello por lo que a continuacioacuten

se describe maacutes acerca de dicho tema La

composicioacuten quiacutemica de las ceacutelulas de las algas

variacutea con la disponibilidad de nutrientes

(Davidson 1996)

Se ha simulado el metabolismo de

diferentes tipos de fitoplancton para relacionar la

asimilacioacuten de nutrientes con la composicioacuten

quiacutemica celular Es importante utilizar modelos

realistas que reflejen el estatus de los nutrientes

apropiadamente (K Flynn amp Butler 2007

Kevin J Flynn 2001a 2001b Kevin J Flynn

2013 Lopez Ponte 2019) Este tipo de modelos

desarrollados para muacuteltiples grupos de

fitoplancton tiene utilidad potencial en su

aplicacioacuten para dilucidar informacioacuten propia del

metabolismo intracelular que tiene lugar en los

diferentes sistemas de produccioacuten de biomasa

derivada de microalgas (Kevin J Flynn 2001a)

Tradicionalmente los modelos

matemaacuteticos para el crecimiento de algas

emplean las ecuaciones de Monod o los modelos

de cocientes de Caperon y Droop (Caperon

1967) En tales modelos la mayoriacutea de los

detalles bioloacutegicos son combinados en

ecuaciones singulares Aunque tienen la ventaja

de la simplicidad pero la desventaja de que no

pueden manipular interacciones multinutritivas

por lo que pueden llegar a tener poca

aproximacioacuten a la realidad Una estrategia

alternativa es formular modelos con

componentes mecanicistas que imiten mucho

maacutes de cerca las interacciones fisioloacutegicas de las

algas(Kevin J Flynn 2001a Garciacutea-Camacho

Saacutenchez-Miroacuten Molina-Grima Camacho-

Rubio amp Merchuck 2012)

El modelo que se seleccione debe reflejar

el del sistema objetivo en una amplia gama de

factores externos y por lo tanto ser de uso maacutes

general Previamente se han descrito modelos

mecanicistas individuales para varios aspectos

de fisiologiacutea de nutrientes en el fitoplancton

como aquellos que describen la interaccioacuten el

amonio y nitrato seguidos por descripciones de

la aclimatacioacuten a la luz y liberacioacuten de nitritos y

nutricioacuten de fosfato Los modelos mecanicistas

anteriormente mencionados pueden ser

modificados para contemplar casos que

correspondan a especies y condiciones de luz

particulares Los requerimientos de un escenario

en particular dictan el nivel de detalle necesario

en el modelo de microalgas a establecer Las

caracteriacutesticas comunes incluyen el uso

generalizado de los procesos de

retroalimentacioacuten que emplean funciones

hiperboacutelicas y sigmoidales rectangulares

normalizadas a los tamantildeos maacuteximos de las

reservas de nutrientes que regulan el transporte

de los nutrientes intracelulares (K J Flynn 1997

Kevin J Flynn 2013)

15

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GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

El objetivo de este trabajo es estudiar la

evolucioacuten dinaacutemica de los cocientes de

Glutamina- Carbono (GC) Nitroacutegeno-Carbono

(NC) Clorofila-Carbono (ChlC) y el

crecimiento de biomasa (C) en microalgas

verdes a traveacutes de un modelo mecanicista que

responda a cambios de la irradiancia (DFF) y

disponibilidad de nutrientes como Amonio (A) y

Nitroacutegeno (N) utilizando herramientas de

modelado matemaacutetico para simular fenoacutemenos

como la fotoaclimatacioacuten e interacciones

multinutriente en dichos organismos El presente

modelo contiene paraacutemetros que pueden

estimarse a partir de experimentos o anaacutelisis de

datos existentes que pueden utilizarse para

reproducir escenarios particulares de simulacioacuten

que precisen significativamente el

comportamiento de algas especiacuteficos

El esquema del modelo dado en la Figura

1 contiene cuatro variables de estado

describiendo la biomasa (C) los cocientes-C de

glutamina (GC) nitroacutegeno (NC) y clorofila

(ChlC) Debido a que todos los cocientes de

nutrientes variacutean no solo con la entrada y salida

de nutriente si no tambieacuten con los cambios en la

cantidad de C (debido a la respiracioacuten y la

fotosiacutentesis) todas las ecuaciones diferenciales

para los cocientes de nutriente en relacioacuten al C

incluyen el termino de velocidad especifica de

crecimiento de Carbono Cmicro (Kevin J Flynn

2001a) Por lo tanto para los nutrientes como X

con cocientes XC (donde XC es la proporcioacuten de

masa XC) se tiene que

d

dt∙ XC =

1

119862∙

d

dt∙ X minus Cmicro

119883

119862 (1)

Figura 1 Esquema de la estructura del modelo dinaacutemico

que muestra los principales flujos dentro y fuera de las

variables de estado (flechas soacutelidas y Tabla s) de los

paraacutemetros externos (nutrientes e irradiancia DFF) Las

variables de estado y los paraacutemetros externos se explican

en las Tablas 5 y 6 respectivamente

Fuente Elaboracioacuten propia basada en (Kevin J Flynn

2001a)

Metodologiacutea

La metodologiacutea empleada para desarrollar el

presente trabajo se describe a continuacioacuten El

presente modelo ha sido desarrollado a partir de

la combinacioacuten de componentes simplificados

de modelos dinaacutemicos mecanicistas previamente

propuestos para simular el crecimiento de

fitoplancton como funciones de amonio nitrato

luz fierro silicio fosforo y temperatura Como

siguiente paso los componentes se modificaron

para personalizar la estructura omitiendo

secciones que no aplican para el objetivo de

estudio En el presente modelo no se consideran

organismos de tipo diatomeas por lo que todas

las ecuaciones referentes a el silicio del modelo

original se removieron esto debido a que las

diatomeas contienen siacutelice en su pared celular y

las microalgas verdes no

Asiacute mismo tambieacuten se omitieron aquellas

ecuaciones que hacen referencia al tamantildeo

ceacutelulas debido a que solo se llevaran a cabo

simulaciones de la biomasa C sin dicho efecto

Para estaacute primera etapa de construccioacuten del

modelo no es necesario incluir una entrada de

Fierro (Fe) por lo que tambieacuten se omitioacute dentro

del modelo Asiacute mismo las reservas orgaacutenicas e

inorgaacutenicas de fosforo no fueron consideradas

De las simplificaciones anteriores se

seleccionaron los paraacutemetros auxiliares y

constantes referentes a la descripcioacuten de la

dinaacutemica de GC NC ChlC y la produccioacuten de

biomasa C en el tiempo que podriacutea ser utilizado

en microalgas verdes

Una vez realizada la simplificacioacuten de

variables se codificoacute el modelo en GNUreg

Octave versioacuten 441 La resolucioacuten numeacuterica

del modelo se realizoacute con funcioacuten la LSODE

(Livermore Solver for ODEs) la cual resuelve

expliacutecitamente sistemas stiff y no stiff

empleando la matriz Jacobiana (Gallagher amp

Smith 2018 Hindmarsh 1982) Para la

representacioacuten graacutefica de dichas soluciones se

utilizoacute Pythonreg 371 Posteriormente se fijaron

distintos escenarios de simulacioacuten para observar

el comportamiento del modelo las cuales se

discuten en el apartado de resultados La

descripcioacuten de las ecuaciones utilizadas se

muestra a continuacioacuten La descripcioacuten de los

paraacutemetros y sus valores se puede revisar en la

seccioacuten de anexos en las tablas 5 6 7 y 8

16

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GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

El valor maacuteximo del transporte de

amonio varia con el estatus del N en las ceacutelulas

y estaacute representado por Atq Las pruebas

condicionales booleanas (dentro de en las

ecuaciones) toman el valor de 1 si es verdadero

y 0 si es falso Ver tablas 56 y 7

Atq = 1

NCgt A4 ∙ Um ∙ A1 (1 minus e

A2∙(1

NCminusA4)

) ∙

eA3∙(

1

NCminusA4)

(2)

El transporte del amonio (At) estaacute

limitado por Atq que a su vez es una funcioacuten

hiperboacutelica de la disponibilidad del amonio

externo y se representa por la concentracioacuten

intracelular de un producto temprano de la

asimilacioacuten inorgaacutenica de nitroacutegeno (GC)

usando una funcioacuten sigmoidal Para ello se

utilizoacute la ecuacioacuten (3) Ver tablas 5 6 7 y 8

At = (AmG minus GC) gt 0 ∙ Atq ∙A

A+Akt∙

(1minusGC

AmG)4

(1minusGC

AmG)4+AhG

(3)

Para representar el valor maacuteximo de

transporte del nitrato se utilizoacute la ecuacioacuten (4)

Ver tablas 56 y 7

Ntq = 1

NCgt A4 ∙ Um ∙ N1 (1 minus

eN2∙(1

NCminusN4)) ∙ eN3∙(

1

NCminusN4)

(4)

Las interacciones de corto plazo entre el

amonio y el nitrato estaacuten controladas por el valor

de GC GC se sintetiza usando las entradas de N

de las fuentes inorgaacutenicas de N Dichas

interacciones se plantean en la ecuacioacuten (5) Ver

tablas 5 67 y 8

Nt = (

GC lt NmG1 ∙ Ntq ∙

N

N+Nkt∙

(1minusGC

NmG1)

4

(1minusGC

NmG1)

4+NhG

) +

(

GC lt NmG2 ∙ 10 ∙ Ntq ∙

N

N+200+Nkt∙

(1minusGC

NmG2)

4

(1minusGC

NmG2)

4+NhG

) (5)

El Nitroacutegeno proveniente de amonio yo

nitrato llevan a cambios en la concentracioacuten de

glutamina GC que a su vez proporciona una

regulacioacuten de retroalimentacioacuten del transporte

Para esta descripcioacuten se utilizoacute la ecuacioacuten (6)

Ver tablas 5 6 y 7

d

dt∙ GC = At + Nt minus 2 ∙ Um ∙ NCm ∙ NCu ∙ (2 minus

NCminus1198731198620

NCmminus1198731198620) ∙

(1+119860119860119898119866)∙GC

119866119862+119860119860119898119866∙ CAAs minus GC ∙

Cmicro (6)

El nitroacutegeno proporcionado por GC es

utilizado para sintetizar todos los componentes

nitrogenados NC La velocidad de siacutentesis de

NC es una funcioacuten hiperboacutelica de GC y estaacute en

funcioacuten del estatus de nitroacutegeno actual

representado por NCmicro La ecuacioacuten 7 se utilizoacute

para representar la velocidad de siacutentesis de NC

Ver tablas 6 7 y 8

d

dt∙ NC = Um ∙ NCm ∙ NCmicro ∙ (2 minus

NCminusNC0

NCmminusNC0) ∙

(1+AAmG)∙GC

GC+AAmG∙ CAAs minus NC ∙ Cmicro (7)

Para describir la velocidad relativa de

crecimiento NCmicro se utilizoacute la ecuacioacuten (8)

Ver tablas 5 6 y 7

NCmicro = NCm gt NC ∙(NCminusNC0)

(NCminusNC0)+NCk∙

(NCminusNC0)+NCk

(NCmminusNC0)+ NC ge

NC0 (8)

La fotoaclimatacioacuten se describe por la

proporcioacuten algal de clorofila con respecto a C-

biomasa (ChlC) Para representar los cambios

en el contenido de la clorofila representada como

se utilizoacute la ecuacioacuten (9) La siacutentesis de ChlC

estaacute en funcioacuten del estatus de N (ecuacioacuten 8) La

siacutentesis de ChlC es una funcioacuten hiperboacutelica

limitada por el maacuteximo valor (ChlCm) posible

de ChlC Ver tablas 5 6 y 7

d

dt∙ ChlC = ChlCm ∙ NCmicro ∙ M ∙ Um ∙ CAAs ∙

(1 minusPS

Pqm) ∙

(1minusChlC

ChlCm)

(1minusChlC

ChlCm)+005

minus ChlC ∙ (Cmicro +

(1 minus NCmicro )) ∙ Um (9)

Para representar la maacutexima velocidad de

fotosiacutentesis Pqm se utilizoacute la ecuacioacuten (10) la

cual estaacute en funcioacuten de NC descrita por NCmicro Ver tablas 6 7 y 8

Pqm = (Um + rbasal + Ncm ∙ Um ∙ (redco +

15)) ∙ NCmicro (10)

Para representar la respiracioacuten basal se

utilizoacute la ecuacioacuten (11) La funcioacuten con NC

asegura que las ceacutelulas cesan su respiracioacuten a

altos valores NC Ver tablas 5 6 y 7

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Quiacutemica y Fiacutesica 2019

rbasal = Um ∙ 005 ∙101(

NCmminusNC

NCmminusNC0)

(NCmminusNC

NCmminusNC0)+001

(11)

Para representar la disponibilidad de

Carbono CAAs que controla la siacutentesis de ChlC

en la oscuridad Se utilizoacute la ecuacioacuten (12) Ver

tablas 5 6 y 7

CAAs = (PS

Pqm+ Crva) lt 1 ∙ (

PS

Pqm+

Crva) + (PS

Pqm+ Crva) ge 1 (12)

Para representar la reserva de C

disponible para los procesos metaboacutelicos en la

oscuridad o a muy bajas cantidades de luz

cuando la fotosiacutentesis es inadecuada se utilizoacute la

ecuacioacuten (13) Ver tablas 5 6 y 7

Crva =(1minus

NC

Cres1)

4

(1minusNC

Cres1)

4+Cres2

(13)

Para describir la disponibilidad de C para

la siacutentesis de aminoaacutecidos y siacutentesis de clorofila

y la regulacioacuten de la reduccioacuten de nitrato a

amonio se utilizoacute la ecuacioacuten (14) Ver tablas 5

6 y 7

Nred = (PS

Pqm+ 006 ∙ Crva) lt 1 ∙

(PS

Pqm+ 006 ∙ Crva) + (

PS

Pqm+ 006 ∙

Crva) ge 1 (14)

Para describir la fotosiacutentesis con los

valores actuales de ChlC Pqm y irradiancia

(DFF) se utilizoacute la ecuacioacuten (15) Ver tablas 5

6 y 7

PS = Pqm ∙ TanH (α ∙ DFF ∙ChlC

Pqm ) (15)

La velocidad especifica de crecimiento

de C-biomasa representa el balance entre la

fotosiacutentesis y la respiracioacuten y para ello se utilizoacute

la ecuacioacuten (16) Ver tablas 5 6 y 7

Cmicro = PS minus (redco ∙ Nt + (At + Nt) ∙ 15 +rbasal) (16)

El incremento de C-biomasa esta dado

por la ecuacioacuten (17) Ver tablas 5 y 6 d

dt∙ C = C ∙ Cmicro (17)

Resultados

Los resultados de esta simulacioacuten muestran una

evolucioacuten de ChlC NC GC y C por 24 horas

en 3 escenarios de simulacioacuten distintos ver

Tabal 1 Los valores de los vectores numeacutericos

obtenidos en la simulacioacuten se pueden observar

en las tablas 2 3 y 4 respectivamente

En el Grafico 1 se puede observar los

resultados de la evolucioacuten de las variables

dinaacutemicas de ChlC NC GC y C por 24 horas

bajo condiciones saturadas de nutrientes N y A

y de irradiancia En el Grafico 2 se puede

observar los resultados de la evolucioacuten de las

variables dinaacutemicas de ChlC NC GC y C por

24 horas bajo condiciones saturadas de

nutrientes N y A y deficientes de irradiancia En

el Grafico 3 se puede observar los resultados de

la evolucioacuten de las variables dinaacutemicas de ChlC

NC GC y C por 24 horas bajo condiciones

saturadas de irradiancia pero limitadas de

nutrientes N y A

Discusioacuten de los resultados

En el grafico 1 se observa que debido a que el

nitroacutegeno como amonio (A) yo nitroacutegeno (N) de

la glutamina es la fuente para la siacutentesis de todos

los otros componentes nitrogenados en la ceacutelula

su valor decae a medida que se forman los

compuestos nitrogenados y por lo tanto se refleja

un aumento desde 007 gNgC hasta 01565206

gNgC en el valor de NC en un periodo de 24

horas Tambieacuten se observa que la velocidad de

siacutentesis de NC es una funcioacuten hiperboacutelica de

GC en funcioacuten del estado actual de NC en cada

unidad de tiempo regulado por NCu Asiacute mismo

se puede notar el decremento en el valor de la

clorofila a medida que la biomasa (C) se genera

En el graacutefico 2 se puede observar que el

valor de ChlC en ausencia de irradiancia

permanece esto puede ser debido a que no es

utilizada para la produccioacuten de biomasa El

decaimiento en la evolucioacuten dinaacutemica de la

biomasa puede deberse a la ausencia de

irradiancia para realizar los procesos

fotosinteacuteticos Asiacute mismo se observa un

decaimiento brusco de GC entre la primera y

octava hora pero despueacutes tiende a estabilizarse

por el control de retroalimentacioacuten En el graacutefico

3 se observa que el incremento de NC en el

tiempo es menor cuando las ceacutelulas son

expuestas a concentraciones bajas de nutrientes

a pesar de ello se presenta un leve incremento en

el valor de la biomasa hasta 00085307 gChlgC

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Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Por otra parte las interacciones de corto

plazo entre la asimilacioacuten de N y A estaacuten

controladas por el valor de GC GC se sintetiza

asiacute misma usando las entradas de las fuentes de

N provenientes del control de

retroalimentacioacuten

Escenario Paraacutemetros externos

N A DFF

1 10 10 1000

2 10 10 0

3 1 1 1000

Tabla 1 Valores de los paraacutemetros externos A N y DFF

colocados en cada escenario de simulacioacuten Ver tabla 8

Variables Valor inicial Valor final Grafico

GC 0005 00017483 gN119892minus1C

NC 007 01565206 gN119892minus1C

ChlC 009 00106285 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 00645372 microgC119897minus1C

Tabla 2 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 1 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Variables Valor inicial Valor final Unidad

GC 0005 00073072 gN119892minus1C

NC 007 01765232 gN119892minus1C

ChlC 009 00906502 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 00085307 microgC119897minus1C

Tabla 3 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 2 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Variables Valor inicial Valor final Unidad

GC 0005 000022903 gN119892minus1C

NC 007 007867897 gN119892minus1C

ChlC 009 001097006 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 001984692 microgC119897minus1C

Tabla 4 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 3 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Graacutefico 1 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 1

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Graacutefico 2 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 2

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Graacutefico 3 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 3

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Conclusiones

Se encontroacute que el modelo mecanicista

propuesto puede ser capaz de simular la

evolucioacuten dinaacutemica de los cocientes de

Glutamina- Carbono (GC) Nitroacutegeno-Carbono

(NC) Clorofila-Carbono (ChlC) y el

crecimiento de biomasa (C) en microalgas

verdes El modelo responde a cambios de la

irradiancia (DFF) y disponibilidad de nutrientes

como Amonio (A) y Nitroacutegeno (N) con las

herramientas de modelado matemaacutetico utilizadas

y muestra coherencia con planteamientos

teoacutericos revisados en la literatura (K Flynn amp

Butler 2007 Kevin J Flynn 2001a 2001b

Kevin J Flynn 2013)

19

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Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Prospectivas

En trabajos futuros se puede acoplar la

asimilacioacuten y transporte de fosforo (PC) entre

otros paraacutemetros externos Asiacute mismo tambieacuten

se pueden realizar trabajos de parametrizacioacuten

de las constantes candidatas mostradas en la

Tabla 7 para especies de microalgas particulares

que conlleven a disentildeos experimentales que

permitan obtener modelos particulares e

incrementar la informacioacuten de condiciones

oacuteptimas de obtencioacuten de biomasa derivada de

sistemas de cultivo de algas para la extraccioacuten de

diversos metabolitos de intereacutes en nuestra

regioacuten

Anexos

Ec Variable

de estado

Descripcioacuten Valor

Inicial

Unidad

6 GC GlutaminaCar

bono

ltAmG gN119892minus1C

7 NC NitroacutegenoCar

bono

ltNCm

NCo gN119892minus1C

9 ChlC ClorofilaCarb

ono

ltChlCm gChl119892minus1C

17 C Biomasa A criterio microgC119897minus1C

Tabla 5 Variables de estado y valores iniciales Fuente

(Kevin J Flynn 2001a)

Auxiliar Descripcioacuten Unidad

At Velocidad de transporte del

amonio gN119892minus1C119889minus1

Atq Transporte maacuteximo posible de

amonio a un dado NC gN119892minus1C119889minus1

rbasal Respiracioacuten basal gC119892minus1119862119889minus1

CAAs Disponibilidad de (C) para la

asimilacioacuten de (N) en

oscuridad

Ad

Crva Reservar disponible de (C) 0

si es miacutenimo 1 si es maacuteximo Ad

Cmicro Velocidad especifica de

crecimiento del cociente (C) gC119892minus1119862119889minus1

NCu NC normalizado 0 si es

miacutenimo y 1 si es maacuteximo Ad

Nred Disponibilidad normalizada

de (C) para la reduccioacuten de

nitrato en oscuridad 0 si es

miacutenimo y 1 si es maacuteximo

Ad

Nt Velocidad de transporte del

nitrato gN119892minus1119862119889minus1

Ntq Velocidad maacutexima de

transporte de nitrato a NC

actual

gN119892minus1119862119889minus1

PS Velocidad de fotosiacutentesis gC119892minus1119862119889minus1

Tabla 6 Variables auxiliares Ad adimensional

Fuente (Kevin J Flynn 2001a)

Constante Definicioacuten valor Unidad

A1 Constante que relaciona

NC y At

-0705 gN119892minus1C

A2 Constante que relaciona NC y At

0982 Ad

A3 Constante que relaciona

NC y At

-1061 Ad

A4 Constante que relaciona

NC y At el miacutenimo

CN para el transporte

de amonio

534 gC119892minus1119873

AAmG Constante de saturacioacuten

media para la siacutentesis de

AAs de la glutamina

0001 gN119892minus1C

AhG Constante para la

supresioacuten del transporte

de amonio por GC

01 Ad

Akt Constante de saturacioacuten media para el transporte

de amonio

14 microgN119897minus1

α 8times 10minus6

(119898minus2119892minus1119862ℎ119897 119886)(119892119862119898119900119897minus1119891119900119905oacute119899)

AmG Tamantildeo de la piscina de

glutamina que para el

transporte de amonio

001 gN119892minus1C

ChlCm Contenido maacuteximo de

ChlC

009

Cres1 Constante para

computar reserva de C valor de NC cuando

Crva es 0

02 gN119892minus1C

Cres2 Constante para

computar reserva de C

001 Ad

M

Escalar para optimizar

fotoaclimatacioacuten

2 Ad

N1

Constante que relaciona

NC y Nt

-02907 gN119892minus1C

N2

Constante que relaciona

NC y Nt

17644 Ad

N3

Constante que relaciona

NC y Nt

-19282 Ad

N4

Constante que relaciona

NC y Nt

547 gC119892minus1119873

NCk Constante para el

control de N del C-

crecimiento especifico

1 gN119892minus1C

NCm

Maacuteximo NC bajo crecimiento balanceado

015 gN119892minus1C

NhG Constate para la supresioacuten del transporte

de N por la glutamina

005 Ad

Nkt Constate de saturacioacuten

media para el

transportador de nitrato

1 valor para el

transportador 2 es 200

veces este valor

14 microgN119897minus1C

NmG1 Tamantildeo de la piscina de

glutamina que detiene el transporte de nitrato a

traveacutes del transportador

1

0003 gN119892minus1C

NmG2 Tamantildeo de la piscina de

glutamina que detiene el

transporte de nitrato a

traveacutes del transportador

2

0006 gN119892minus1C

redco

Respiracioacuten de Carbono

de apoyo para la reduccioacuten de nitrato a

amonio

171 gC119892minus1119873

Um

Maacutexima velocidad de

crecimiento

1 gC119892minus1119862119889minus1

Tabla 7 Constantes aquellas marcadas son candidatas

para parametrizacioacuten Ad adimensional

Fuente (Kevin J Flynn 2001a)

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Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad

A Amonio microgN119897minus1

N Nitrato microgN119897minus1

DFF Densidad de flujo de

fotones micromol119898minus2119889minus1

Tabla 8 Paraacutemetros externos Fuente (Kevin J Flynn

2001a)

Agradecimiento

Se agradece al Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

por todos los apoyos y servicios prestados por

mis profesores para la realizacioacuten de este trabajo

Asiacute mismo a CONACYT por la beca otorgada

durante mis estudios de doctorado

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Junio 2019 Vol6 No19 22-30

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Design and construction of a Compound Parabolic Concentrator (CPC) Solar

collector for air heating testing

SORIA-MEJIacuteA Sandra Palomadagger AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten

y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo-Ingenieriacutea en Energiacuteas Renovables

ID 1er Autor Sandra Paloma Soria-Mejiacutea ORC ID 0000-0002-0664-0688

ID 1er Coautor Joseacute Emmanuel Ambrosio-Juarez ORC ID 0000-0002-4741-9269 CVU CONACYT ID 563918

ID 2do Coautor Ivaacuten Toledo-Manuel ORC ID 0000-0001-9498-5506 CVU CONACYT ID 477272

ID 3er Coautor Joseacute Sabaacutes-Segura ORC ID 0000-0003-4579-0192 CVU CONACYT ID 891182

DOI 1035429JCPE20191962230 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

En este trabajo se presenta una propuesta de disentildeo y la

evaluacioacuten teoacuterica y experimental de un colector solar de

tipo concentrador paraboacutelico compuesto (CPC) con

absorbedor tubular para pruebas de calentamiento de aire

con rendimientos teacutermicos ideales para aplicaciones como

el secado y sistemas de acondicionamiento de aire El

colector consiste en cuatro concentradores formados de

laacutemina galvanizada que hacen la funcioacuten de reflejar la luz

solar hacia los tubos absorbedores con una relacioacuten de

concentracioacuten de 25 y un semiaacutengulo de aceptacioacuten de

235ordm con el objetivo de no requerir de un sistema de

seguimiento solar El absorbedor es un tubo de cobre

donde el aire circula Con esta propuesta del colector se

obtuvo una eficiencia teoacuterica de 25 lo que representa

una tercia parte de ganancia de energiacutea comparaacutendolo con

un CPC comercial Esta eficiencia se obtuvo de acuerdo a

lo materiales y dimensiones implementados El sistema es

teacutecnicamente factible de utilizarse para procesos de baja

temperatura con calidad promedio de 60 ordmC con lo que se

puede producir ahorros energeacuteticos significativos y

reduciendo la cantidad de emisiones de CO2 favoreciendo

al medio ambiente

Colector solar CCP Calentamiento de aire

Abstract

This paper presents a design proposal and the theoretical

and experimental evaluation of a solar collector of

parabolic concentrator type (CPC) with tubular absorber

for air heating tests with ideal thermal performances for

applications such as drying and conditioning systems air

The collector consists of four concentrators formed of

galvanized sheet that make the function of reflecting the

sunlight towards the absorber tubes with a concentration

ratio of 25 and an acceptance half-angle of 235ordm with the

objective of not requiring a system of solar tracking The

absorber is a copper tube where the air circulates With this

proposal from the collector a theoretical efficiency of

25 was obtained which represents a third part of energy

gain compared to a commercial CPC This efficiency was

obtained according to the materials and dimensions

implemented The system is technically feasible to be used

for low temperature processes with average quality of 60

ordmC which can produce significant energy savings and

reducing the amount of CO2 emissions favoring the

environment

Solar collector CCP Air heating

Citacioacuten SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-

SEGURA Joseacute Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas

de calentamiento de aire Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 22-30

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico josesabastecabasoloedumx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El crecimiento demograacutefico y su constante

desarrollo generan un desequilibrio ecoloacutegico en

el planeta generando fuentes de contaminacioacuten

que conllevan el deterioro de los recursos

naturales y el calentamiento global incontrolado

Meacutexico presenta una fuerte dependencia de los

combustibles foacutesiles para la generacioacuten de

energiacutea eleacutectrica presentando la tasa de

crecimiento anual de consumo de electricidad

maacutes alta entre los paiacuteses de EUA y Canadaacute con

34 por efecto de la progresiva demanda de

recursos energeacuteticos necesarios para su

expansioacuten econoacutemica (SENER 2015)

El uso de las fuentes de energiacuteas

renovables para la produccioacuten de energiacutea

eleacutectrica y calor en los distintos sectores

reduciriacutea en gran medida los problemas

econoacutemicos y medio ambientales en nuestro

paiacutes La tecnologiacutea que apunta a tener un mayor

auge es la energiacutea solar En Meacutexico se cuenta

con una excelente radiacioacuten solar disponiendo

en promedio anual de 45 a 56 kWhm2 de

radiacioacuten global media diaria (Herrera 2018)

El fin de este proyecto es utilizar la

energiacutea solar disponible mediante el disentildeo y la

fabricacioacuten de un colector solar de tipo

concentrador paraboacutelico compuesto (CPC) como

generador de aire caliente como un instrumento

de pruebas para cualquier aplicacioacuten que

requiera ser utilizado en hora solar punta a una

temperatura inferior a 60deg y que ademaacutes pueda

ser utilizado como una herramienta para el

ahorro de energiacutea Con este trabajo se quiere

fomentar una mayor investigacioacuten en el campo

de la energiacutea solar teacutermica para aplicaciones en

condiciones controladas para procesos de secado

o desinfeccioacuten a temperaturas que no superen los

70deg

Los CPC logran operar entre 30 a 200 degC

(UNAM 2018) asiacute pues en el presente trabajo

se profundiza en el disentildeo construccioacuten y

anaacutelisis del CPC como dispositivo captador de

radiacioacuten solar haciendo fluir el aire a traveacutes de

los tubos absorbedores para alguacuten proceso El

CPC se disentildea empleando materiales que

permiten la captacioacuten y absorcioacuten de la radiacioacuten

solar recibida en el lugar construyendo un

colector solar con cuatro reflectores de laacutemina de

acero galvanizada para formar los

concentradores y redirigir la radiacioacuten solar

desde la abertura hasta los receptores

Se agrega un receptor por cada

concentrador los cuales son encargados de

interceptar la energiacutea solar y transformarla en

energiacutea teacutermica empleando tubos de cobre por

ser un buen conductor teacutermico Su estructura es

realizada a base de materiales metaacutelicos para una

mejor rigidez y duracioacuten

Disentildeo del Colector Paraboacutelico Compuesto

(CPC)

El factor maacutes importante al disentildear este tipo de

colector es la relacioacuten de concentracioacuten que

para un sistema lineal viene dada por la

ecuacioacuten 1 (Duffie amp Beckman 2013)

C = Aa

Ar =

1

sin θa (1)

Para colectores CPC estacionarios el

aacutengulo de aceptacioacuten miacutenimo deberaacute ser igual a

47deg este aacutengulo seraacute capaz de cubrir la

declinacioacuten del sol desde el solsticio de verano

hasta el solsticio de invierno (2 x 235 deg) (Loacutepez

2011)

Un CPC con absorbedor tubular se disentildea

en base a la relacioacuten de concentracioacuten que se

requiere y al diaacutemetro exterior del tubo

absorbedor Para la construccioacuten de la paraacutebola

y la involuta del CPC se toma como referencia la

figura 1

Donde S es un punto geneacuterico en el

reflector el segmento RS es la tangente al tubo

absorbedor O es el centro del tubo r es el radio

del tubo AB es la parte de la involuta y BC es la

paraacutebola de la curva compuesta

Figura 1 Descripcioacuten del CPC para un receptor tubular

Fuente Blanco Gaacutelvez et al 2006

24

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 22-30

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

La ecuacioacuten 2 define el rango de la curva

de la involuta donde θ estaacute dado en radianes

0le θ le [(π

2 ) + θa] (2)

Las siguientes ecuaciones definen las

coordenadas x y para obtener la involuta de la

curva compuesta

x = r ( sin θ - θ cos θ) (3)

y = r (- cos θ - θ sin θ ) (4)

Para la parte de la paraacutebola en la curva

compuesta el rango para el valor del aacutengulo de

disentildeo θ va de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

[(π

2) + θa] le θ le [(

2) -θa] (5)

Donde las ecuaciones para las

coordenadas x y de la paraacutebola son

x = r [sin θ - π

2 + θa + θ - cos(θ - θa)

(1+ sin(θ - θa)) (cos θ)] (6)

y = r [- cos θ - π

2+ θa + θ - cos(θ - θa)

(1+ sin(θ - θa)) (sen θ)] (7)

Las ecuaciones anteriores son

programadas en el software Matlab para obtener

la geometriacutea del CPC teniendo como resultado

la figura 2 en donde el semiaacutengulo de aceptacioacuten

θa es igual a 235deg y el diaacutemetro del tubo

absorbedor es de 00142875 m para un iacutendice de

concentracioacuten de 25 el cual se encuentra dentro

del rango vaacutelido para este tipo de colector

Figura 2 Geometriacutea del Colector ciliacutendrico paraboacutelico

A continuacioacuten se simula el

comportamiento oacuteptico del CPC en el software

Tonatiuh en donde se realiza el trazado de rayos

desde una fuente solar supuesta hacia el CPC y

asiacute observar la reflexioacuten y recepcioacuten de los rayos

solares En la figura 3 se puede observar los

resultados obtenidos de la simulacioacuten donde se

percata que los rayos solares entran en el aacuterea de

abertura del colector luego son reflejados por la

laacutemina para despueacutes ser captados y absorbidos

por el tubo receptor

Figura 3 Comportamiento oacuteptico del CPC simulado en

Tonatiuh

Anaacutelisis Teoacuterico del Rendimiento Teacutermico del

CPC

El caacutelculo del rendimiento de los colectores de

concentracioacuten sigue los mismos lineamientos

generales que para los colectores de placa plana

(Duffie amp Beckman 2013) usando la siguiente

ecuacioacuten

η = Q

u

S ∙ Ac

(8)

Para determinar el calor uacutetil (Qu) se

implementa la ecuacioacuten 9

Qu= FR∙ Aa [S -

Ar

AaUL(Ts - Ta)] (9)

Donde la energiacutea que entra al sistema se

deriva de la radiacioacuten solar absorbida por la

tuberiacutea receptora del colector (S) la cual se

estima para cielo despejado a partir de la

siguiente ecuacioacuten condicionada por la

geometriacutea del colector

S = AC (Gb ∙ τcb∙τCPCb ∙ αb + Gd ∙ τcd ∙

τCPCd ∙ αd + Gg∙ τcg ∙ τCPCg ∙ αg) (10)

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Luego es necesario estimar la

contribucioacuten de la radiacioacuten directa (G subiacutendice

b por beam radiation) la radiacioacuten difusa (G

subiacutendice d por diffuse radiation) y la radiacioacuten

reflejada por el suelo (G subiacutendice g por ground-

reflected radiation) donde se consideran los

criterios de las ecuaciones 11 y 12

Gb = F ∙ Gbn ∙ cos θ (11)

Gd =

Gd

C si (β + θa) lt 90deg

Gd

2(

1

C - cos β) si (β + θa) gt 90deg

(12)

Gg= 0 si (β + θa) lt 90degGg

2(

1

C - cos β) si (β + θa) gt 90deg

(13)

De la ecuaciones 12 y 13 seguacuten la

condicioacuten β+ϴa para este caso y sabiendo que el

aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la superficie

horizontal (β) de este colector es 21ordm y el

semiaacutengulo de aceptacioacuten ϴa es igual a 235ordm se

tiene β+ϴa= 445ordm que seraacute menor que 90ordm lo

que conlleva a resolver la ecuacioacuten 12 para

radiacioacuten difusa

Gd =Gd

C (14)

En cuanto a la radiacioacuten reflejada por el

suelo para este disentildeo se despreciara por ser

praacutecticamente nula cumplieacutendose la primera

condicioacuten

Gg= 0 (15)

Con los puntos anteriores determinados

la ecuacioacuten 10 resulta de la siguiente manera

S = AC (Gb ∙ τcb ∙ τCPCb ∙ αb + Gd ∙ τcd ∙

τCPCd ∙ αd) (16)

El colector propuesto no posee cobertura

ni en la estructura ni en los absorbedores por lo

tanto

τcb = τcd = τc = 1 (17)

Para encontrar el valor de la

transmisividad efectiva del CPC (τCPC ) se toma

en cuenta la fraccioacuten de la radiacioacuten que pasa a

traveacutes de la abertura del colector que se

concentra en el receptor donde la reflectividad

especular de las paredes de los concentradores

(ρr) y del nuacutemero promedio de reflexiones (nr)

esta transmitancia se expresa como (Duffie amp

Beckman 2013)

τCPCb = τCPCd = τCPC

= ρrnr (18)

nr = 1 - 1

Cm

(19)

Se debe conocer la absortancia de la

superficie receptora de cobre (αr) para la

radiacioacuten que seraacute el mismo valor para la

radiacioacuten directa (αb) y la radiacioacuten difusa (αd)

Entonces de acuerdo con (Duffie amp Beckman

2013) la ecuacioacuten 16 se reduce a la ecuacioacuten 20

donde la radiacioacuten solar total (G) es la suma de

las radiaciones directa (Gb) y difusa (Gd)

S = Ac ∙ G (τr ∙ τCPC ∙ αr) (20)

G = Gb + Gd (21)

(Hottel 1976) ha presentado un meacutetodo

para estimar la radiacioacuten transmitida a traveacutes de

atmoacutesferas claras que toma en cuenta el aacutengulo

cenital y la altitud para una atmoacutesfera estaacutendar y

para cuatro tipos de clima (Duffie amp Beckman

2013) el cual es utilizado para hallar la radiacioacuten

directa y difusa mediante las siguientes

ecuaciones

Gb = Go ∙ τb (22)

Gd = Go∙ τ119889 (23)

Donde la irradiancia extraterrestre se

puede conocer a partir de la ecuacioacuten 24

Go = 1367 (1 + 0033 ∙ cos 360 ∙ N

365) (24)

Para determinar las transmitancias

atmosfeacutericas para la radiacioacuten directa (τb) y

difusa (τd) se emplean las ecuaciones descritas

a continuacioacuten

τb = a0 + a1 exp (minus k

cos θz

) (25)

τd = 0271 - 0294 ∙ τb (26)

Donde los valores a0 a1 y k para la

atmoacutesfera estaacutendar se calculan a partir de las

ecuaciones siguientes para altitudes inferiores a

25 km asiacute como tambieacuten se requiere conocer el

coseno del aacutengulo cenital (ϴz) que viene dado

por la ecuacioacuten 30 (Hottel 1976)

a0 = 04237 - 00082 (6 - A)2 (27)

a1 = 05055 - 000595 (65 - A)2 (28)

k = 02711 - 001858 (25 - A)2 (29) cos θz = cos Φ ∙ cos δ ∙ cos ω + sin Φ ∙ sin δ (30)

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En la que el aacutengulo de declinacioacuten solar

(δ) se calcula a partir de la ecuacioacuten 31 y el

aacutengulo horario (ω) de la ecuacioacuten 32 la cual

solicita el nuacutemero del tiempo solar (Tsun)

conocieacutendolo por medio de la ecuacioacuten 33 que

conlleva a pedir el nuacutemero del tiempo del reloj

actual (Tclock) y a resolver la Ecuacioacuten del

Tiempo (ET) (Duffie amp Beckman 2013)

δ = 2345 sin [360

365(284 + N)] (31)

ω = (Tsun- 12) ∙ 15 (32)

Tsun = Tclock + ET plusmn 4 (Lstd - Lloc) (33) ET = 987 sin(2B) - 753 cos B - 15 sin B (34)

B = (N - 81)360

365 (35)

Ahora bien se procede a calcular la

energiacutea que sale del sistema y esta viene dada por

las peacuterdidas teacutermicas del receptor teniendo en

cuenta la conveccioacuten y la radiacioacuten de la

superficie asiacute como tambieacuten la conduccioacuten a

traveacutes de la estructura de soporte las cuales

deben estimarse generalmente en teacuterminos del

coeficiente de peacuterdida UL que se basa en el aacuterea

del receptor y estaacute dado por

UL = Q

loss

π ∙ e ∙ L (Tr - Ta) (36)

La peacuterdida de calor del receptor (Qloss)

estaacute dada por lo siguiente

Qloss

= π De L σ (Tr

4 - Ti4)

1εr

+ 1 - εr

εr(De

Di)

(37)

Para encontrar el factor de eliminacioacuten

de calor del colector (FR) se despeja de la

ecuacioacuten 38 encontrando el factor de flujo del

colector (Frsquorsquo) de la ecuacioacuten 40 y el factor de

eficiencia (Frsquo) de la ecuacioacuten 41 (Duffie amp

Beckman 2013)

F = FR

F (38)

F= m ∙ Cp

Ar∙ UL∙ F[1 - exp (-

Ar ∙ UL ∙ F

m ∙ Cp)] (39)

F= Uo

UL (40)

Donde el flujo maacutesico m se calcula

primeramente para la ecuacioacuten 39 mediante la

densidad del fluido la velocidad promedio y el

aacuterea de la seccioacuten transversal normal a la

direccioacuten del flujo (Ar)

m = ρ ∙ V ∙ Ar (41)

El coeficiente global de transferencia de calor

basado en el diaacutemetro del tubo receptor externo

(Uo) entre el entorno y el fluido se calcula como

se muestra en la ecuacioacuten 42

Uo = (1

UL

+ De

hfi ∙ Di

+ De ∙ ln (

DeDi

frasl )

2 ∙ kr

)

-1

(42)

En el cual el coeficiente de transferencia

de calor del fluido de trabajo (hfi) se basa en el

diaacutemetro interior del tubo receptor y para

estimarlo se despeja de la siguiente ecuacioacuten

Nu = hfi ∙ Di

kaire (43)

Donde el nuacutemero de Nusselt se encuentra

tomando en cuenta las siguientes condiciones

(Duffie amp Beckman 2013)

Nu = 040 + 054 para 01 lt Re lt 1000

030 Re06 para 1000 lt Re lt 50000 (44)

En las que el nuacutemero de Reynolds estaacute dado

para una temperatura de aire de 20ordmC calculado

por medio de la ecuacioacuten 45

Re = ρ ∙ V ∙ Di

μ (45)

Las diferencias entre tener un receptor sin

cobertura y un receptor con cobertura se

encuentran en el caacutelculo de la radiacioacuten solar

total absorbida por el colector (S) y el

coeficiente global de peacuterdidas teacutermicas (UL)

Los caacutelculos realizados sirvieron para analizar

las variables involucradas en este proyecto

Descripcioacuten del sistema

El sistema de calentamiento estaacute constituido de

4 superficies paraboacutelicas reflectoras de laacutemina

de acero galvanizada de 091 m de longitud que

tienen como receptores cada una un tubo de

cobre de 1 m y una estructura de aacutengulos de

acero como soporte

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Este colector solar CPC utiliza la energiacutea

solar para calentar el aire circundante en el

interior de los tubos que despueacutes puede ser

utilizado o almacenado

El colector debe estar orientado hacia el

sur en el hemisferio norte apuntando hacia el

ecuador y ademaacutes debe estar colocado a cierta

inclinacioacuten de manera tal que pueda captar la

mayor radiacioacuten solar posible

El funcionamiento es sencillo por un

extremo de los tubos absorbedores entra el aire

con una temperatura baja el cual se va

calentando al recorrer la tuberiacutea de cobre y

luego sale por otro extremo con una temperatura

elevada Para que el aire circule no es necesario

el uso de bombas o dispositivos similares

funcionando debido al cambio de densidades que

el aire sufre al calentarse

Construccioacuten del Colector CPC

A continuacioacuten se describe el proceso de

construccioacuten del colector solar CPC Los

materiales se describen en la tabla 1

Primeramente se cortoacute la hoja de laacutemina

galvanizada quedando piezas con dimensiones

de 0375 x 091 m Para hacer la forma

paraboacutelica de los concentradores se doblan cada

hoja de laacutemina mediante una maquina dobladora

de accionamiento manual que realiza los

pliegues de forma lineal a lo largo de la laacutemina

como se ve en la figura 4

Cantidad Material Dimensiones

1 Hoja de laacutemina de acero

galvanizada

3 x 091rdquo

1 Tramo de tubo de cobre 1rdquo

4 Tramos de aacutengulo de

acero

1 x 1 x 18ldquo

6 Tees de cobre 1rdquo

2 Codos de cobre 90ordm 1rdquo

20 Remaches de aluminio

12 Tornillos de cabeza

hexagonal

frac14rdquo

12 Tuercas frac14rdquo

12 Arandelas de presioacuten

Grower

frac14rdquo

2 Pintura de color gris y

negra

Tabla 1 Materiales requeridos para la construccioacuten del

colector CPC

A continuacioacuten se realiza la unioacuten entre

dos laminas para obtener 4 elementos por lo cual

se soldaacuten en la parte donde se hicieron los

pliegues teniendo como resultado los

concentradores mostrados en la figura 5

Figura 4 Hojas de laacutemina galvanizada dobladas

Figura 5 Concentrador ensamblado

Se construyeron recuadros para cada

concentrador con los aacutengulos de acero para

soportar estas superficies reflectoras y estos

fueron montados sobre un soporte que sostiene

las superficies reflectoras creando con un

aacutengulo de acero un rectaacutengulo con dimensiones

de 133 x 098 m la cual esta inclinada a 21ordm

colocaacutendoles 2 bases y 2 de figura 6

Se cortaron 4 trozos de tubo de cobre de

1 m para formar un circuito en paralelo usando

codos de cobre fijaacutendose este conjunto despueacutes

a cada concentrador mediante un soporte hecho

mostrado en la figura 6

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Figura 1 Colector solar tipo CPC

Evaluacioacuten Experimental

Para realizar el anaacutelisis teacutermico del sistema

primeramente se realizan las mediciones de las

variables climatoloacutegicas en el lugar de pruebas a

cada hora a lo largo de 7 horas durante un mes

utilizando un termoacutemetro infrarrojo En la

siguiente tabla se muestran los valores promedio

obtenidos en la cual se puede observar que la

temperatura de salida en el colector se alcanza a

las 300 pm

Hr Rad

Solar

(Wm2)

Temp

Ambiente

(K)

Temp

Receptor

(K)

Temp

Interior

(K)

Temp

Salida

(K)

1100 64060 29475 30355 30155 30695

1200 81480 29645 31255 30515 31885

1300 80360 29715 32005 30925 32335

1400 79290 29945 32395 31005 32685

1500 53000 30005 33095 31175 33425

1600 52560 29955 31025 30605 31975

1700 10170 29355 28925 29545 29855

Tabla 2 Mediciones en el CPC

En el graacutefico 1 se puede apreciar que la

temperatura de salida del colector tiende a seguir

el comportamiento de la temperatura ambiente

aumentado considerablemente e influyendo de

forma notable en el rendimiento del sistema

Graacutefico 1 Graacutefica de las temperaturas en el CPC

Para conocer la cantidad de radiacioacuten

solar absorbida por el colector CPC se hallan los

valores necesarios para cada diacutea de pruebas

obteniendo como promedios los expresados en la

tabla 3 donde se toman en cuenta los valores

geomeacutetricos del CPC los aacutengulos del

movimiento aparente del sol y los datos

geograacuteficos del lugar donde se realizaron las

pruebas

Con los paraacutemetros de disentildeo efectuados

en el capiacutetulo 2 se presentan a continuacioacuten en

la tabla 4 las caracteriacutesticas de cada

concentrador las cuales son basadas

baacutesicamente en el diaacutemetro del receptor y el

aacutengulo de aceptacioacuten propuesto Siacutembolo Valor Unidad

Irradiancia

promedio

IT 5900 Whm2

Horas Solar Pico HSP 7 h

Radiacioacuten solar

total

G 7900119 Wm2

Radiacioacuten directa Gb 6024938 Wm2

Radiacioacuten difusa Gd 1875181 Wm2

Radiacioacuten

extraterrestre

Go 13455766 Wm2

Constante solar Gsc 1367 Wm2

Transmitancia

atmosfeacuterica para la

radiacioacuten directa

τb 04478

Transmitancia

atmosfeacuterica para la

radiacioacuten difusa

τd 01394

Valores para

atmoacutesfera estaacutendar

a0 02729

a1 03690

K 02595

Altitud del lugar A 17110 km

Aacutengulo cenital cos ϴz 03476 ordm

Latitud del lugar Φ 204399 ordm

Declinacioacuten solar Δ 145856 ordm

Inclinacioacuten Β 21 ordm

Aacutengulo acimutal 120574 -1015457 ordm

Aacutengulo horario Ω 733624 ordm

Tiempo solar Tsun 168908

Tiempo estandar Tclock 15

Ecuacioacuten del

tiempo

ET 00908

B 384658

Longitud estandar Lstd -102 ordm

Longitud local Lloc -10155 ordm

Constante de Stefan

Boltzmann

Σ 567x10-8 Wm2K4

Tabla 3 Datos considerados para los caacutelculos de radiacioacuten

solar

La superficie receptora como se ha

mencionado anteriormente es un tubo de cobre

que por su durabilidad su propiedad

anticorrosiva y sus propiedades teacutermicas ha sido

elegido para este proyecto

250

270

290

310

330

350

370

390

1100

a m

1200

p m

0100

p m

0200

p m

0300

p m

0400

p m

0500

p m

Temperatura Ambiente [K]

Temperatura Receptor [K]

Temperatura Interior [K]

Temperatura de Salida [K]

η = 24

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En la tabla 5 se muestran las propiedades

que se tomaron en cuenta para los caacutelculos

considerando que la superficie fue pintada de

color negro para una mayor absorbancia de

calor

Siacutembolo Valor Unidad

Semiaacutengulo de aceptacioacuten ϴa 235 ordm

Concentracioacuten geomeacutetrica C 25

Longitud de abertura La 023 m

Altura del CPC H 032 m

Longitud del CPC L 091 m

Diaacutemetro exterior del tubo De 0028575 m

Diaacutemetro interior del tubo Di 00254 m

Espesor del receptor E 0003175 M

Aacuterea de abertura Aa 02093 m2

Aacuterea del receptor Ar 00817 m2

Nuacutemero total de

concentradores

4

Tabla 4 Caracteriacutesticas de cada CPC del colector solar

Siacutembolo Valor Unidad

Conductividad teacutermica Kr 385000 WmordmC

Absortividad αr 1

Emisividad ɛr 0037

Transmitancia τr 1

Tabla 5 Propiedades del receptor

La superficie reflectora elegida es la

laacutemina de acero galvanizada que es cortada en

segmentos y de la cual se requiere conocer para

el caacutelculo teacutermico la reflectividad especular de

esta mostraacutendose en la tabla 6

Siacutembolo Valor Unidad

Reflectividad especular ρr 078

Tabla 6 Reflectividad especular de la laacutemina galvanizada

El fluido de trabajo en este proyecto es el

aire pensando en las aplicaciones futuras que se

pudieran considerar donde en la tabla 7 se

muestran las propiedades de este a 20 ordmC asiacute

como tambieacuten la velocidad promedio que se

presenta en los diacuteas de pruebas

Siacutembolo Valor Unidad

Conductividad teacutermica Kaire 002476 Wm2K

Calor especifico Cp 1007 JkgK

Densidad Ρ 1204 kgm3

Velocidad V 01636 ms

Viscosidad dinaacutemica Μ 1825x10-5 kgms

Tabla 7 Propiedades del aire a 20 ordmC

Conociendo las propiedades y los datos

geomeacutetricos de los elementos que conforman el

colector CPC se procede a hallar las peacuterdidas

teacutermicas y la eficiencia del colector CPC en

donde la tabla 8 muestra los resultados

obtenidos

Siacutembolo Valor Unidad

Eficiencia del sistema Η 23

Aacuterea del colector Ac 08372 m2

Calor uacutetil Qu 950274 W

Radiacioacuten solar absorbida S 4957459 Wm2

Transmitancia del CPC τCPC 07495

Nuacutemero promedio de

reflexiones

nr 09574

Coeficiente global de

peacuterdidas de calor

UL 06816 Wm2K

Perdida teacutermica del

receptor

Qloss 01206 W

Factor de flujo del

colector

Frsquorsquo 09984

Factor de eliminacioacuten de

calor del colector

FR 09282

Factor de eficiencia del

colector

Frsquo 09297

Coeficiente global de

transferencia de calor

Uo 06337 Wm2K

Flujo maacutesico del aire 00161 kgs

Coeficiente de

transferencia de calor

dentro del tubo receptor

hfi 101406 Wm2K

Nuacutemero de Nusselt Un 104027

Nuacutemero de Reynolds Re 2741121

Tabla 8 Caracteriacutesticas geomeacutetricas y paraacutemetros de

caacutelculo en el colector solar tipo CPC

Se tiene que para estos diacuteas de pruebas se

consigue una eficiencia del 23 en promedio

siendo este factor importante en el disentildeo de

colectores ya que significa tener una ganancia al

retornar de forma uacutetil soacutelo una parte de la energiacutea

que recibe

Conclusiones

Al ser un colector de tipo estacionario se

consigue una baja concentracioacuten obteniendo

una radiacioacuten solar en el colector aceptable La

factibilidad de este trabajo es que cuenta con

concentradores como equipos principales hace

que se considere al colector cilindro paraboacutelico

compuesto como un camino viable tanto

econoacutemicamente como energeacuteticamente para

sistemas que requieran mantener una

temperatura baja en horas solares punta

Mediante los resultados obtenidos en este

proyecto se muestra que los resultados teoacutericos y

experimentales son similares asiacute mismo el

disentildeo probado permite que solo parte de la

radiacioacuten entre al colector permitiendo obtener

temperaturas de entre 50 y 60 degC La eficiencia

alcanzada por este proyecto es del 24 con

temperaturas de salida de 60 ordmC lo cual resulta

adecuado para ser implementado en sistemas que

requieran calor constante a temperaturas

relativamente bajas tales como invernaderos o

sistemas de climatizacioacuten

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Referencias Altaif R d (Mayo de 2015) Estudio numeacuterico

experimental del distribuidor hidraacuteulico de un

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Junio 2019 Vol6 No19 31-38

Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFT

Molecularly modeling an activated carbon anode as a platinum support by means of

DFT calculations

VALENZUELA-HERMOCILLO Ernestodagger1 PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan2 y RIVAS-CASTRO

Sofiacutea1

1Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero Carrertera federal Toluca- Ixtapan de la Sal Km 64 Col La Finca

CP 51763 Villa Guerrero Meacutexico 2Instituto Tecnoloacutegico de Toluca CP 52149 Estado de Meacutexico Meacutexico

ID 1er Autor Ernesto Valenzuela-Hermocillo ORC ID 0000-0002-1126-5835

ID 1er Coautor Juan Pacheco-Sanchez ORC ID 0000-0002-9525-5473

ID 2do Coautor Sofiacutea Rivas-Castro ORC ID 0000-0001-9278-0793

DOI 1035429JCPE20191963138 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

En este trabajo se presenta el modelamiento molecular de

un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino de

una celda de combustible de membrana de intercambio

protoacutenico (PEMFC) en la cual interacciona platino (Pt)

como catalizador soportado en carboacuten activado (CA) con

hidroacutegeno molecular (H2) con el fin de romperlo o

ionizarlo Se analiza la adsorcioacuten que existe entre CA y Pt

como aacutetomo o como una estructura superficial

FCC(cuacutebica centrada en las caras) miacutenima para observar

si existe alguna diferencia entre carboacuten activado y sin

activar en la reaccioacuten Pt-H2 Usando caacutelculos cuaacutenticos de

la Teoriacutea del Funcional de la Densidad (DFT) se investigoacute

la adsorcioacuten y el efecto del carboacuten activado sobre platino

empleando distintas estructuras de carboacuten y de platino

Nuestros resultados muestran que los carbones activados

proporcionan un soporte estable para los catalizadores de

platino teniendo en cuenta que el CA presenta un pozo de

energiacutea potencial menor para adsorber el platino

(fisisorcioacuten) en cambio un Carboacuten sin activar presenta un

pozo de energiacutea potencial mayor (quimisorcioacuten)

DFT Carboacuten Activado Soporte de Platino

Abstract

In this paper we present the molecular modeling of an

activated carbon anode as platinum support of a proton

exchange membrane fuel cell (PEMFC) in which

platinum (Pt) interacts as a catalyst supported in activated

carbon (CA) with molecular hydrogen (H2) in order to

break it or ionize it The adsorption between CA and Pt is

analyzed as an atom or as a minimum FCC(face-centered

cubic) surface structure to observe if there is any

difference between activated and non-activated carbon in

the Pt-H2 reaction Using quantum calculations of the

Density Functional Theory (DFT) the adsorption and the

effect of activated carbon on platinum were investigated

using different carbon and platinum structures Our results

show that the activated carbons provide a stable support

for the platinum catalysts taking into account that the CA

presents a well of lower potential energy to adsorb the

platinum (physisorption) whereas an activated carbon has

a potential energy well major (chemisorption)

DFT Activated Carbon Platinum Support

Citacioacuten VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado

molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT Revista de Energiacutea Quiacutemica

y Fiacutesica 2019 6-19 31-38

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico neto_alexhotmailcom)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

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Introduccioacuten

El actual uso excesivo de combustibles foacutesiles ha

ocasionado el aumento de las emisiones de

contaminacioacuten ambiental asiacute como la creciente

demanda energeacutetica a nivel mundial han

provocado la necesidad de disentildear e investigar

nuevas fuentes alternas para producir energiacutea

eleacutectrica de manera maacutes eficiente y amigable con

el medio ambiente (Appleby A J 1996) Las

celdas de combustible de hidroacutegeno tipo

membrana de intercambio de protones(PEM)

pueden convertir de manera eficiente la energiacutea

quiacutemica en electricidad con el agua como uacutenico

subproducto (Barreras F and Lozano A

2012)

Las fuentes de energiacutea renovables en el

futuro todaviacutea pueden requerir que la energiacutea se

almacena como combustibles liacutequidos para el

transporte El carboacuten activado como soporte de

catalizadores (platino paldio niquel) altamente

selectivos eficaces y robustos son de

importancia pueden llegar a cumplir con este

desafiacuteo y son un aacuterea activa de investigacioacuten

(Valenzuela A 2016)

El carboacuten activado se caracteriza por su

estructura porosa bien desarrollada lo que le

confiere una elevada superfice y capacidad de

adsorcion (Stoeckli F 1990 Molina S M

Rodriacuteguez F Caturla F Selleacutes M J 1995) En

las uacuteltimas deacutecadas se han estudiado materiales

carbonos que pueden ser utilizados tanto en

sensores electroquiacutemicos como soporte

(electrodo) de catalizadores (platino) en celdas

de combustible (Litster S Mclean G 2004

Kim M Park JN Kim H Song S Lee W-

H 2006)

El objetivo de la investigacioacuten es analizar

y comparar los datos teoacutericos con los

experimentales de las reacciones que suceden en

un electrodo de una celda de combustible y

poder proponer nuevos materiales como es el

caso del carboacuten activado como soporte de

catalizadores para la construccioacuten de las mismas

celdas y que estas tengan una mayor eficiencia

En los estudios teoacutericos de la interaccioacuten

platino-carboacuten activado no son muy frecuentes

por lo tanto tenemos que estudiar para entender

claramente la mayor parte posible sus

mecanismos de reaccioacuten Esto se persigue con la

intencioacuten de construir un electrodo de una celda

de combustible

Mediante el uso de la teoriacutea funcional de

la densidad (DFT) (Parr R Yang W 1989) Se

analizaraacute la adsorcioacuten de distintas estructuras de

carboacuten y carboacuten activado sobre el platino Para

llegar a la energiacutea de disociacioacuten entre dos

aacutetomos hay dos maneras La fisisorcioacuten

(adsorcioacuten fiacutesica) se produce una interaccioacuten de

van der Waals estas son de largo alcance pero

son deacutebiles La fisisorcioacuten se puede medir

registrando el incremento de temperatura de una

muestra de capacidad caloriacutefica conocida siendo

los valores normales de alrededor de 20 kJmol

En la quimisorcioacuten (adsorcioacuten quiacutemica)

se produce una unioacuten formando un enlace

quiacutemico normalmente covalente teniendo a

buscar posiciones que maximicen su nuacutemero de

coordinacioacuten con el sustrato La quimisorcioacuten

son mucho mayores que las de fisioadsorcioacuten

estando alrededor de los 200 kJmol (Atkins P

Friedman R 2005) La distancia entre los

aacutetomos es tambieacuten mucho menor en la

quimisorcioacuten que en la fisisorcioacuten Las energiacuteas

de fisisorcioacuten y quimisorcioacuten que se calcularon

estaacuten presentes en el documento y se

compararaacuten con los datos teoacutericos y

experimentales

Metodologiacutea a desarrollar

Investigamos las interacciones del carboacuten y

carboacuten activado como soporte de aacutetomos de

platino variando las estructuras de carboacuten

(Anillo de 6 carbonos anillo activado de 6

carbonos Grafeno y Grafeno activado) a traveacutes

del programa de estructura electroacutenica DFT

propuesto por Delley (Delley B Ellis D

Freeman A and Baerends E 1983) Se utilizoacute

un funcional de tipo local para el potencial de

intercambio y correlacioacuten este funcional

propuesto por Perdew-Wang (PWC) (Perdew

JP and Wang Y 1992) de la Aproximacioacuten de

densidad local(LDA) (Von Barth U Hedin L

1972) incluyendo la polarizacioacuten de spin

(Oliver G L Perdew J P 1979)

Los sistemas en estudio se corrieron

utilizando los caacutelculos de spin no restringidos

all electroacuten y un conjunto de base de tipo

DND(doble numeacuterical + d-DNP) el tamantildeo del

conjunto de bases DND es comparables a los

conjunto Gaussian 6-31G ademaacutes se incluyen

los caacutelculos de campo autoconsistente (SCF)

(Atkins PW 1999)

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Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

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Las modelaciones iniciaron con sistemas

pequentildeos de aacutetomos de platino (Pt) y aacutetomos de

carboacuten (C) y se fue aumentando el numero de

aacutetomos C (Placa de grafeno) y a su vez los

aringtomos de Pt (Estructura FCC de platino) en el

plano [111] encontrando las distancias de

interaccioacuten y energiacuteas de equilibrio y asiacute

construir las curvas de energiacutea potencial y poder

analizar el efecto que causa el carboacuten activado

sobre el platino (la adsorcioacuten del sistema) Las

estructuras que se emplearon fueron activadas

con hidroacutexido de potasio (KOH) para el anillo y

cloruro de zinc (Cl2Zn) para la placa de grafeno

(Rivas SF Pacheco JH 2016 Pacheco-

Saacutenchez J H Zaragoza-Rivera I P and

Bravo-Ortega A A 2016)

Resultados

El sistema de estudio se enfocoacute en analizar el

efecto que causa el carboacuten activado sobre el

platino se utilizoacute carboacuten activado obtenido

mediante activacioacuten quiacutemica los agentes

activantes que se usaron para activar fueron

KOH y Cl2Zn obtenido en simulaciones

moleculares ( Rivas SF Pacheco JH 2016

Pacheco-Saacutenchez J H Zaragoza-Rivera I P

and Bravo-Ortega A A 2016) Como dato de

partida para nuestra investigacioacuten se tiene que la

energiacutea experimental de interaccioacuten Pt-C es de

628 eV (Atkins PW 1999) lo que equivale a

14482 Kcalmol Por lo que con esta

informacioacuten y apoyaacutendonos de la teoriacutea de los

funcionales de la densidad se inicio la

investigacioacuten buscando cual aproximacioacuten y que

funcional se aproximara a este dato

experimental

Interaccioacuten del sistema C6 y C6A con un

aacutetomo de platino

En las simulaciones de las interacciones C6A-Pt

(Figura 1) y la C6-Pt (Figura 2) encontramos que

las distancias interatoacutemicas del C6 y C6A son

similares ya que el C6 tiene sus enlaces de 1331

Aring y las del C6A oscila entre los 1333 Aring y 1423

Aring

Figura 1 Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6 A-Pt

Figura 2 Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6-Pt

En cuanto a la energiacutea de equilibro

encontramos que se necesita -986053 Kcalmol

para formar la moleacutecula C6A-Pt y la moleacutecula

C6-Pt necesita -983141 Kcalmol y la distancia

de la moleacutecula C6A-Pt es de 2742 Aring la cual es

mayor que la de la moleacutecula C6-Pt que tiene

2582 Aring y el tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial es de -25182 Kcalmol (Graacutefico 2)

para la moleacutecula C6-Pt y de -19511

Kcalmol(Graacutefico 1) para la moleacutecula C6A-Pt

Graacutefico 1 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6A-Pt

Graacutefico 2 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6Pt

Ener

giacutea

(K

cal

mol)

Distancia (Å)

En

ergiacutea

(K

cal

mol)

Distancia (Å)

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carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

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Por lo que nos damos cuenta que a pesar

de que la energiacutea y la distancia de la moleacutecula

C6A-Pt es maacutes grande se tiene un tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial menor que el de la

moleacutecula C6-Pt lo que nos indica que la

adsorcioacuten del C6A sobre Pt tiende a una

fisisorcioacuten y C6-Pt tiende a una quimisorsioacuten

Interaccioacuten perpendicular de la moleacutecula de

Hidroacutegeno y un aacutetomo de platino

Para encontrar la energiacutea del hidroacutegeno se

realizoacute la simulacioacuten del sistema Pt-H2 para

romper el enlace de la moleacutecula de hidroacutegeno

(H2) para ello se colocoacute la moleacutecula de

hidroacutegeno y a un aacutetomo de platino a una

distancia de 1335 Aring del centro del aacutetomo de

platino a cada uno de los aacutetomos de hidroacutegeno

(H) con una distancia interatoacutemica de la

moleacutecula de hidroacutegeno de 07 Aring (Figura 3 )

Figura 3 Sistema Pt-H2

Despueacutes de la optimizacioacuten geomeacutetrica

del sistema Pt-H2 se encontroacute que el punto de

equilibrio estaacute a una distancia de 1808 Aring y una

energiacutea de -1833 kcalmol (Figura 4a) Se le

realizoacute el caacutelculo de conectividad y se rompioacute el

enlace de los aacutetomos de hidroacutegeno y cada uno de

los aacutetomos de hidroacutegeno se enlazaron al aacutetomo

de platino (Figura 4b )

a) b)

Figura 4 a) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema Pt-H2

b) Calculo de conectividad

Para obtener la energiacutea que genera la

moleacutecula de hidroacutegeno al romper el enlace y

tener dos aacutetomos de hidroacutegeno se calculoacute el

pozo de energiacutea potencial y para ello se fijo el

aacutetomo de platino y se fueron alejando y

acercando los aacutetomos de hidroacutegeno y se obtuvo

un tamantildeo del pozo de -22751 kcalmol

(Graacutefico 3) lo que equivale a 09865 eV

Graacutefico 3 Curva de energiacutea potencial del sistema Pt-H2

Al compara el tamantildeo de pozo de la

graacutefico 3 con el valor experimental de la

interaccioacuten Pt-H2 se encontroacute que se aproxima

ya que el valor experimental es de 2652

Kcalmol lo que equivale a 115 eV (Emrick

RM 1982)

Influencia del anillo de carboacuten en la reaccioacuten

PtH2

La influencia del C6 en la reaccioacuten Pt-H2 (Figura

5a ) se comparan los sistemas Pt-H2 y C6-Pt-H2

(Figura 5b) para ello se calcularon los puntos de

equilibrio y tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial de ambos sistemas la moleacutecula de

PtH2 se forma a una energiacutea Eeq=-1833

Kcalmol y una distancia de 1808 Aring con un

tamantildeo de pozo de -22751 kcalmol y para

formar la moleacutecula de C6-Pt-H2 se necesita una

energiacutea de Eeq=-1126490 Kcalmol a una

distancia req=1827 Aring y el tamantildeo del pozo de

energiacutea potencial es de -23301 kcalmol

(Graacutefico 4)

a) b)

Figura 5 a) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema Pt-H2

b) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6-Pt-H2

Dado que las energiacuteas del tamantildeo de

pozo de estos sistemas son casi iguales entonces

se puede dice que el C6 ademaacutes de fungir como

un mero soporte tambieacuten aporta propiedades

cataliacuteticas y la superficie de C6 no sufre

modificaciones

En

ergiacutea

(K

cal

mo

l)

Distancia

(Å)

1 2 3 4 5

-20

-10

0

10

20

Interaccioacuten Pt-H2

Ene

rgiacutea

(K

ca

lm

ol)

Distancia r(Aring)

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Graacutefico 4 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6-Pt-H2

Dado que las energiacuteas del tamantildeo de

pozo de estos sistemas son casi iguales entonces

se puede dice que el C6 ademaacutes de fungir como

un mero soporte tambieacuten aporta propiedades

cataliacuteticas y la superficie de C6 no sufre

modificaciones

Interaccioacuten del sistema estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno y estructura cristalina fcc de platino

soportada en una estructura grafeno activada

En la simulacioacuten entre la estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno (Figura 6) y estructura cristalina FCC de

platino en el plano (111) (Arenas De P H

1994) soportada en una estructura grafeno

activada (Figura 7) Para ello se encontroacute que los

puntos de equilibro de estas estructuras se

encuentran a una distancia de 2196 Aring y una

energiacutea de -5814346 kcalmol y un pozo de

potencial de -217674 Kcalmol (Graacutefico 5) y a

2956 Aring de distancia y -574173 kcalmol de

energiacutea y un pozo de potencial de -

101181Kcalmol (Graacutefico 6) respectivamente

Figura 6 Optimizacioacuten geomeacutetrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino en el plano [111] soportada en

una estructura grafeno

Graacutefico 5 Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina FCC de platino en el plano [111]

soportada en una estructura grafeno

Al hacer crecer el sistema llegamos a

estos datos donde encontramos que se necesita

menos energiacutea para formar estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno activada que la que se necesita de la

estructura cristalina FCC de platino en el plano

[111] soportada en una estructura grafeno

Figura 7 Optimizacioacuten geometrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino en el plano [111] soportada en

una estructura grafeno activado

Graacutefico 6 Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina FCC de platino en el plano [111]

soportada en una estructura grafeno activada

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia

(Å)

En

ergiacutea

(K

cal

mo

l)

Distancia

(Å)

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia (Å)

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Encontramos que el pozo de energiacutea

potencial es 50 maacutes pequentildeo en la estructura

de grafeno activada y estaacute no sufre

modificaciones superficiales comparadas con las

del grafeno sin activar Asiacute mismo la estructura

FCC de platino se desordena en presencia de

grafeno mientras que la estructura fcc de platino

en el plano [111] en presencia del grafeno

activado no sufre modificaciones estructurales

relevantes

Interaccioacuten del sistema estructura cristalina

fcc de platino soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno

La estructura cristalina FCC de platino en el

plano [111] soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno se comparoacute con el

sistema Pt-H2 Para ello se calculoacute el punto de

equilibrio de la estructura cristalina FCC de

platino soportada en grafeno con dos moleacuteculas

de hidroacutegeno

Figura 8 Optimizacioacuten geomeacutetrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno

Se encontroacute que tiene una energiacutea de

equilibrio de -6069151 kcalmol (Figura 8) y

una distancia de equilibrio de 2196 Aring entre el

grafeno y la estructura cristalina fcc de platino y

1876 Aring entre la estructura FCC de platino y una

moleacutecula de hidroacutegeno

Graacutefico 7Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina fcc de platino soportada en grafeno

con dos moleacuteculas de hidroacutegeno

Se calculo el tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial variando(alejando y acercando) la

distancia entre un aacutetomo de platino de la

estructura cristalina FCC de platino y una de las

moleacuteculas de hidrogeno y se tuvo que el tamantildeo

de pozo de energiacutea potencial (graacutefico 7) es de -

18164 Kcalmol que al compararlo con el pozo

de energiacutea potencial del sistema Pt-H2 que es de

-22751 kcalmol por lo que se dice que la

magnitud de tamantildeo de pozo se reduce en un

20 Ademaacutes el valor de -18164 Kcalmol es

igual a 078 eV lo que es aproximado al que se

obtiene de voltaje de salida en una monocelda de

combustible real (Pacheco JH Garciacutea LA

Zaragoza IP and Bravo A (2005)

Conclusiones

En este trabajo se ha estudiado la interaccioacuten

entre el platino soportado en estructuras de

carboacuten y carboacuten activado utilizando la

metodologiacutea DFT con LDA PWC

El sistema C6-Pt que tiene una magnitud

de -25182 kcalmol y corresponde al tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial tiende a una

quimisorcioacuten y el sistema C6-APt que tiene una

magnitud de -19511 kcalmol de tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial tiende a una

fisisorcion Los materiales carbonosos C6 C6A

Grafeno y Grafeno Activado influyen poco

sobre la reaccioacuten Pt-H2 ya que las magnitudes

del tamantildeo de pozo de energiacutea potencial son casi

iguales

Para las estructuras de grafeno y grafeno

activado como soportes de estructuras cristalina

de platino se encuentra que ambas corresponden

a una quimisorcioacuten por valores mayores a 50

kcalmol (Atkins PW 1999) Las estructuras

de grafeno activado no sufren modificaciones

estructurales al soportar al platino en cambio el

grafeno puro sufre un encorvamiento coacutencavo

hacia el platino

Con la estructura cristalina fcc de platino

soportado en grafeno se obtuvo que los valores

de la simulacioacuten son cercanos a un 975 a los

datos experimentales ya que DFT obtuvimos -

18164 Kcalmol equivalente a 078 eV mientras

que el experimental es 08 eV (Pacheco JH

Garciacutea LA Zaragoza IP and Bravo A

2005)

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia (Å)

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Se determina que el carboacuten activado

muestra una mejor superficie para la dispersioacuten

(adsorcioacuten) del platino con menor energiacutea de

disociacioacuten pero auacuten es elevada para que se

realice en condiciones de temperatura ambiente

Asiacute mismo se llega a concluir que el carboacuten

activado como soporte de catalizadores influye

en las reacciones electroquiacutemicas que suceden

en el aacutenodo de una celdas de combustible tipo

PEM

De acuerdo con lo anterior mencionado

el carboacuten activado como soporte de catalizadores

es un excelente material para ser empleado en las

celdas de combustible tipo PEM asiacute como

tambieacuten se podraacute utilizar en otro tipos de celdas

de combustible como son las celdas de

combustible microbianas ya que su capacidad

de adsorcioacuten ayuda a que las reacciones se lleven

acabo de mejor manera

Agradecimiento

Se le agradece al Instituto Tecnoloacutegico de

Toluca y al CONACyT por los apoyos

brindados

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38

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 31-38

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VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ-

Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

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Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

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39

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 39-43

Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio

Zinc Sulfate Optimization in benefit process

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupedagger ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-

DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

ID 1er Autor Mariacutea Guadalupe Roacho-Torres CVU CONACYT ID 964639

ID 1er Coautor Cesar Octavio Encinas-Baca CVU CONACYIT ID 103864

ID 2do Coautor Melchor Omar Grijalva-Delgado CVU CONACYT ID 360907

DOI 1035429JCPE20191963943 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

Objetivos Calcular la cantidad de reactivo de Sulfato

de Zinc que maximice el beneficio de Plomo en el

proceso de beneficio de una planta de la regioacuten sur

del estado de Chihuahua Metodologiacutea Se realizaron

pruebas con diferentes cantidades de sulfato de Zinc

sobres las cuales se calculoacute la varianza y se

determinoacute el valor promedio de beneficio de Plomo

y Zinc Luego se obtuvieron las ecuaciones que

describen el comportamiento del beneficio de los

minerales y se calcularon los valores maacuteximos o

miacutenimos respecto a la ley Se calculoacute el valor optimoacute

de sulfato y se generaron cartas de control como

seguimiento al proceso Contribucioacuten Al optimizar

y estandarizar la cantidad de sulfato de Zinc como

reactivo en el beneficio en un proceso donde se

realizaba de forma empiacuterica no soacutelo se tiene un

mayor control sobre los resultados de la ley sino que

tambieacuten se optimizan los costos considerando que el

uso del reactivo es un importante insumo para el

proceso

Optimizacioacuten Sulfatos Beneficio

Abstract

Goals Calculate the amount of Zinc Sulfate reagent

that maximizes the lead benefit in the process of

benefiting a plant in the southern region of the state

of Chihuahua Methodology Tests were carried out

with different amounts of zinc sulfate on which the

variance was calculated and the average benefit value

of Lead and Zinc was determined Then the

equations were obtained that describe the behavior of

the benefit of the minerals and the maximum or

minimum values with respect to the law were

calculated The optimized sulfate value was

calculated and control charts were generated as

follow-up to the process Contribution By

optimizing and standardizing the amount of Zinc

sulfate as a reagent in the benefit in a process where

it was performed empirically not only does it have

greater control over the results of the law but also the

costs are optimized considering that the Reagent use

is an important input for the process

Optimization Sulfates Benefit

Citacioacuten ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-DELGADO Melchor

Omar Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 39-43

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El proceso de beneficio de los minerales es sin

lugar a dudas una de las actividades econoacutemicas

maacutes importantes de nuestro paiacutes ya que de

acuerdo con la Secretariacutea de Economiacutea la

industria minera contribuye con el 4 del PIB

nacional ademaacutes de generar maacutes de 350 mil

empleos directos y maacutes de 16 millones

indirectos (Secretaria de Economiacutea 2019) [1]

La investigacioacuten desarrollada responde a

una necesidad de la industria de beneficio

minero al optimizar la cantidad de reactivo de

Sulfato de Zinc Flottec requerida para

recuperacioacuten del Pb y Zn La importancia de la

investigacioacuten no soacutelo radica en el impacto

econoacutemico que la optimizacioacuten conlleva sino

que tambieacuten representa un punto de partida para

el desarrollo de investigaciones posteriores

respecto al uso del reactivo seguacuten las variaciones

en ley que la extraccioacuten del mineral puede

presentar

La hipoacutetesis de la investigacioacuten estaacute

centrada en la demostracioacuten estadiacutestica del

impacto de la cantidad de Sulfato de Zinc Flottec

en el porcentaje de beneficio de los minerales

En la primera seccioacuten se hace una

descripcioacuten geneacuterica de la metodologiacutea de toma

de muestras En la seccioacuten sobre la coleccioacuten de

los datos del reactivo se muestran las adiciones

del reactivo en las operaciones de molino limpia

y mixtura

En la tercera seccioacuten se hace un

comparativo de las diferentes cantidades

adicionadas de ZnSO4 y los resultados que estaacuten

generaron en los anaacutelisis quiacutemicos

Posteriormente en la seccioacuten de Anaacutelisis de

varianza se valida y demuestra estadiacutesticamente

la Hipoacutetesis que afirma que diferentes adiciones

de ZnSO4 generan diferencias significativas en

el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales

En la seccioacuten de resultados se calcula

matemaacuteticamente la cantidad de ZnSO4 que

genera el mayor beneficio de Pb Ademaacutes se

demuestra como la estandarizacioacuten de la

cantidad de reactivo utilizado no soacutelo

incrementoacute el beneficio promedio de

recuperacioacuten de Pb sino que disminuyoacute de

forma considerable la variabilidad del

porcentaje dando con ello mayor estabilidad al

proceso

Generacioacuten de muestras

Para la obtencioacuten de las muestras analizadas en

las diversas pruebas se obtuvieron 30 kg de

mineral al cual se le dieron 5 procesos de

cuarteo y una vez pulverizado se pasoacute por la

maya 100

En el molino de bolas se le dieron 20 30

40 y 50 minutos a las muestras de forma previa

a pasarse por la maya 200 hidratada Una vez

filtrado el mineral fue secado en mufla por un

tiempo de 40 minutos

Coleccioacuten de datos del reactivo

Se corrieron diversas muestras sobre la cantidad

de ZnSO4 que se adheriacutea a las celdas de plomo

generando estadiacutestica sobre

ndash Molino en la operacioacuten de molienda

ndash Limpia cuando el mineral es flotado en

las celdas

ndash Mixtura adherido a los

acondicionadores antes de pasar por la

celda

Las operaciones eran realizadas de forma

completamente empiacuterica un ejemplo de las

adiciones del reactivo llevadas a cabo en una de

las recompensas se muestran en la Tabla 1

Reactivo ZnS04 sulfuro de zinc

Dilucion 10

Adicioacuten de reactivo en proceso

HR Molino Limpia Mixtura

0800 3500 1200 360

0900 3500 1200 400

1000 3600 1200 360

1100 3500 1200 360

1200 3500 1250 360

1300 3600 1200 360

1400 3500 1200 360

Promedio 35285714 12071429 3657143

Tabla 1 Ejemplo de adiciones de ZnSO4

Fuente Elaboracioacuten Propia

Asiacute el caacutelculo de las adiciones se generoacute

en 30 muestras a fin de lograr hacer un

comparativo una vez que se cuente con el caacutelculo

de la cantidad de sulfato oacuteptimo a ser adicionado

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Muestreo del Sulfato de Zinc

Se realizaron 30 muestras con la adicioacuten desde

1000 hasta 2000 grston en intervalos de 250

grston generando el certificado de anaacutelisis

quiacutemico de cada uno de ellos a fin de realizar un

comparativo del beneficio de los minerales

Un ejemplo de los certificados generados

en cada muestra se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Ejemplo de certificado de anaacutelisis quiacutemico

Fuente Planta de Beneficio

Anaacutelisis de Varianza para los muestreos

A fin de validar cada una de las muestras

tomadas con las diferentes adiciones se realizoacute

un anaacutelisis de varianza ya que acuerdo con

Montgomery (2013) [2] el Anaacutelisis de Varianza

o ANOVA permite resolver estos casos en

donde una variable x tiene a tratamientos de

forma que evaluando el porcentaje de Zn y Pb

obtenido ya que son los minerales de mayor

importancia para el resultado del proceso del

beneficio La tabla 3 muestra los datos

colectados donde en la primera fila se muestran

los grston de ZnSO4 que se adicionaron y en las

siguientes filas se muestra el porcentaje de Pb

beneficiado

2000 1750 1500 1250 1000

77 81 82 82 78

82 78 79 81 75

75 82 81 82 81

80 88 87 86 83

78 84 86 87 82

79 91 92 88 84

Tabla 3 Datos colectados de porcentaje de Pb beneficiado

con diferentes adiciones de ZnSO4

Fuente Elaboracioacuten Propia

Mediante el uso del software Minitab se

realizoacute el ANOVA obteniendo la informacioacuten

mostrada en la Figura 1

Null hypothesis

All means are equal

Analysis of Variance

Source DF Adj SS Adj MS F-Value

Factor 4 1771 4428 308

Error 25 3598 1439

Total 29 5370

Figura 1 ANOVA para muestras de Pb

Fuente Elaboracioacuten Propia

El valor de la F teoacuterica con un nivel de

confianza de 95 es de 2759 Por lo tanto se

rechaza Ho y las diversas adiciones producen

diferencias significativas en el beneficio de

Pb El anaacutelisis ANOVA para el beneficio de Zn

en base a la adicioacuten de ZnSO4 se muestra en la

Figura 2

Analysis of Variance

Source DF Adj SS Adj MS F-Value

Factor 4 32880 82200 7339

Error 25 2800 1120

Total 29 35680

Figura 2 ANOVA para muestras de Zn

Fuente Elaboracioacuten Propia

Al igual que en el beneficio de Pb se

rechaza Ho y las diversas adiciones producen

diferencias significativas en el beneficio de

Zn

Resultados

A partir de los promedios de los resultados de

porcentajes beneficiados de Pb se graficoacute y se

encontroacute la ecuacioacuten que describe su

comportamiento y se muestra en la Grafica 1

Reactivos Circuito de Pb

ZnSO4 flottec 2000 grston

Mixtura ZnSO4 flottec NaCn 200 grston

Aherophine 3418 15 grston

Espumante 834 16 grston

Xantato 343 10 grston

Descripcioacuten Peso gr Au Ag Pb

R-5584 Conc Pb 341 66 643 67

Medios Pb 1069 17 121 78

Cola Pb 859 03 22 08

Cabeza calculada 07 54 38

549 591 790

R-5584 Zn Fe

Conc Pb 341

Medios Pb 1069 35 2

Cola Pb 859 79 55

Cabeza calculada 56 43

Recuperacioacuten 30 11

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Grafica 1 Ecuacioacuten de de beneficio de Pb

Fuente Elaboracioacuten Propia

Asiacute la ecuacioacuten que describe el

comportamiento del beneficio del Pb teniendo

como variable independiente (x) los gramos de

ZnSO4 adicionados es

119889119890 119861119890119899119890119891119894119888119894119900 119875119887 =

minus0000021199092 + 00607 119909 + 40463 (1)

De la cual por maacuteximos y miacutenimos se

obtiene

yacute= - 000004x + 00607 (2)

donde x= 1518 grston de ZnSO4 Flottec que

deben ser adicionados para obtener el beneficio

optimo estimado en un promedio de 865

El grafico que describe el

comportamiento del beneficio del Zn se muestra

en la Grafica 2

Grafica 2 Ecuacioacuten de de beneficio de Zn

Fuente Elaboracioacuten Propia

119889119890 119861119890119899119890119891119894119888119894119900 119885119899 =

minus00000091199092 + 00178 119909 + 2757 (3)

Al igual que lo planteado con la ecuacioacuten

1 por maacuteximos y miacutenimos se obtiene que x= 988

grston de ZnSO4 Flottec que deben ser

adicionados para obtener el beneficio oacuteptimo de

1155

Sin embargo dado que la desviacioacuten

estaacutendar es mayor en el beneficio del Zn y que el

Pb produce una mayor compensacioacuten

econoacutemica se decidioacute enfocar la los resultados

de la investigacioacuten en el beneficio optimo en

base al Pb

Una vez que se estandarizoacute la adicioacuten del

ZnSO4 Flottec se elaboraron cartas de control en

base al beneficio de Pb en 20 muestras La

Grafica 3 arroja los resultados de las muestras

tomadas al inicio de la investigacioacuten mientras

que la Grafica 4 muestra datos posteriores a la

estandarizacioacuten

Grafica 3 Carta de Control de las muestras con adicioacuten de

ZnSO4 aleatorio

Fuente Elaboracioacuten Propia

Grafica 4 Carta de Control de las muestras con adicioacuten de

ZnSO4 estandarizado

Fuente Elaboracioacuten Propia

Ademaacutes la desviacioacuten estaacutendar

disminuyoacute de 4303 a 1927 con lo cual la

variacioacuten del beneficio es menor

Conclusiones

A partir de los resultados obtenidos se

desprenden una serie de contribuciones en el

proceso de recuperacioacuten de los minerales

analizado

y = -2E-05x2 + 00607x + 40463

Rsup2 = 09668

78

79

80

81

82

83

84

85

86

0 500 1000 1500 2000 2500

y = -9E-06x2 + 00178x + 27571

Rsup2 = 09717

0

2

4

6

8

10

12

14

0 500 1000 1500 2000 2500

28252219161310741

95

90

85

80

75

70

Observation

Ind

ivid

ual

Valu

e

_X=8237

UCL=9291

LCL=7182

I Chart of Pb

191715131197531

92

90

88

86

84

82

80

Observation

Ind

ivid

ual

Valu

e

_X=8585

UCL=9145

LCL=8025

I Chart of Pb Estandarizado

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Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Por una parte el calcular la cantidad

optima de ZnSO4 permitioacute obtener el porcentaje

de recuperacioacuten maacutes alto de Pb Ademaacutes generoacute

un proceso maacutes estable al estandarizar la

operacioacuten

Con ello el costo del reactivo disminuyoacute

al evitar la aleatoriedad que de forma empiacuterica

generaba la adicioacuten del reactivo Ademaacutes el

mantener un proceso de beneficio maacutes estable

contribuye a que la planta tenga una mayor

certeza en los caacutelculos de su capacidad de

produccioacuten ya que si bien dada la misma

naturaleza del proceso de extraccioacuten existe una

variabilidad inherente contar con un caacutelculo

exacto permite proveer una mayor certeza

Como recomendacioacuten es importante

considerar que el caacutelculo de la cantidad oacuteptima

de ZnSO4 Flottec debe realizarse de forma

perioacutedica bajo la metodologiacutea ya establecida

Asiacute la cantidad se ldquoajustarardquo seguacuten las

variaciones en ley de las extracciones

Por otro lado la posibilidad de mejora de

la investigacioacuten radica en encontrar la cantidad

optima de ZnSO4 Flottec a adicionar

considerando tanto el beneficio del Pb como el

de Zn para lo cual deben considerarse los

valores de venta de los minerales como

funciones a optimizar y las adiciones como

restricciones del sistema

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Quiacutemica UNMSM Lima1982 pp10-30

44

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Junio 2019 Vol6 No19 44-51

Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremado

Effect of the addition of inulin on the physicochemical properties of skimmed panela

cheese

AGUILAR Mariacuteadagger CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

ID 1er Autor Mariacutea Aguilar ORC ID 0000-0001-7727-3996 Researcher ID Thomson S-8519-2018 CVU CONACYT

ID 476294

ID 1er Coautor Joseacute Carranza ORC ID 0000-0003-3345-5987 CVU CONACYT ID 177857 SNI nivel 1

ID 2do Coautor Mariacutea Bermuacutedez

ID 3er Coautor Carlos Romo ORC ID 0000-0002-4410-7470 CVU CONACYT ID 275499

DOI 1035429JCPE20191964451 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

El objetivo de esta investigacioacuten fue analizar como la

inulina en concentraciones de 1 2 3 4

afecta la composicioacuten fisicoquiacutemica del queso panela

tipo descremado Los quesos panelas se elaboraron

en el Taller de Laacutecteos del Aacuterea de Tecnologiacutea de

Alimentos de la Universidad Autoacutenoma de

Aguascalientes (UAA) Los anaacutelisis fisicoquiacutemicos

de pH humedad cenizas soacutelidos totales y grasa se

realizaron el Laboratorio de Control de Calidad del

Centro de Ciencias agropecuarias de la misma

universidad de acuerdo a los meacutetodos de las Normas

mexicanas Para el anaacutelisis estadiacutestico se realizoacute

anaacutelisis de la varianza (ANOVA) de una viacutea

Mediante el anaacutelisis de comparacioacuten muacuteltiple Tukey

(plt005) Empleando el programa estadiacutestico

Statgraphics Centurion XV De acuerdo a los

resultados obtenidos se observoacute que la inulina

modificoacute el pH humedad cenizas y soacutelidos totales

del queso panela descremado desde concentraciones

al 1

Queso Inulina Composicioacuten Fisicoquiacutemica

Abstract

The objective of this investigation was to analyze

how inulin affects concentrations of 1 2 3

4 the physicochemical composition of panela

cheese The panela cheese was made in the Dairy

Workshop of the Food Technology Area of the

Autonomous University of Aguascalientes (UAA)

The physicochemical analyzes of pH humidity

ashes total solids and fat specifically the Quality

Control Laboratory of the Center of Agricultural

Sciences of the same university according to the

methods of the Mexican Standards For the statistical

analysis the analysis of the variance (ANOVA) of a

pathway was performed Using Tukey multiple

comparison analysis (p lt005) Using the statistical

program Centurioacuten XV Statistics According to the

results detected inulin was modified it changed the

pH humidity ashes and total solids of skimmed

panela cheese from 1

Cheese Inulin Physicochemical composition

Citacioacuten AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en

las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 44-51

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico mmaguilacorreouaamx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO

Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

2019

Introduccioacuten

De acuerdo a la Norma Oficial Mexicana NOM-

155-SCFI-2012 la leche se define como el

producto obtenido de la secrecioacuten de las

glaacutendulas mamarias de las vacas

En cuanto a su produccioacuten mundial

Meacutexico es considerado uno de los principales

productores el Servicio de Informacioacuten

Agroalimentaria y Pesquera (SIAP) en el 2016

informoacute que tres de cada cien litros que se

producen en el mundo son de origen mexicano

Para el antildeo 2025 se preveacute que la produccioacuten

mundial aumentaraacute 177 millones de toneladas

con una tasa de crecimiento promedio del 18

por antildeo en los proacuteximos 10 antildeos Durante el

mismo periodo se pronostica que el consumo

per caacutepita de productos laacutecteos incrementara un

08 y 17 por antildeo en los paiacuteses en desarrollo

y entre 05 y 11 en los paiacuteses desarrollados

(FAO 2016)

En relacioacuten a su valor nutricional la

leche y los productos laacutecteos constituyen un

grupo de alimentos con un importante aporte de

proteiacutenas (muy digeribles de alto valor

bioloacutegico) ricos en calcio foacutesforo y selenio y asiacute

como diversas vitaminas como vitamina A B1

B2 y B12 y en menor cantidad contienen B6 B3

B8 (Milke 2011) Aunque su composicioacuten

quiacutemica puede variar en funcioacuten de la etapa en la

que se encuentre la vaca (Badui 2012)

La importancia de la leche y sus

derivados es evidente para mantener un buen

estado de salud en cualquier etapa de la vida es

por esto que los productos laacutecteos estaacuten

recibiendo mayor atencioacuten debido a que estos

alimentos son ricos en nutrientes ademaacutes de ser

excelente vehiacuteculo para los llamados alimentos

funcionales Un ejemplo son los quesos

(Bautista 2014)

Los quesos se definen como productos

elaborados con la cuajada de leche estandarizada

y pasteurizada de vaca o de otras especies

animales Existen 3 tipos de quesos de acuerdo a

su clasificacioacuten por proceso fresco madurado o

procesado (Norma Oficial Mexicana NOM-

121-SSA1-1994) El queso panela por su alto

contenido de humedad corteza y su periodo de

vida de anaquel corto es considerado un queso

fresco

La industria de productos laacutecteos realiza

pruebas fisicoquiacutemicas en el queso para verificar

la calidad del producto y analizar como la

adicioacuten de alguacuten aditivo modifica su

composicioacuten Entre las pruebas que se incluyen

son el pH humedad cenizas solidos totales y

grasa

El pH funciona como indicador de la

actividad de las bacterias mesoacutefilas y termoacutefilas

Al medir el pH se asegura que la cuajada fresca

esteacute en el camino correcto para convertirse en

queso (Mullen 2018) En cuanto a la humedad

la NMX-F-083-1986 la define como la peacuterdida

en peso que sufre un alimento al someterlo a las

condiciones de tiempo y temperatura prescritos

Respecto al anaacutelisis de soacutelidos totales este

incluye el valor de proteiacutenas cenizas lactosa y

grasa El meacutetodo que propone la NMX-F-111-

1984 para realizarlo es el gravimeacutetrico sin

embargo tambieacuten puede ser calculado por

diferencia del contenido de humedad

Asimismo la NMX-F-100-1984

establece el procedimiento para determinar la

grasa butiacuterica en quesos por el meacutetodo de

Gerber-Van Gulik este consiste en la digestioacuten

parcial de los componentes del queso excepto la

grasa en aacutecido sulfuacuterico Emplea alcohol

isoamiacutelico para ayudar a disminuir la tensioacuten en

la interface entre la grasa y la mezcla en reaccioacuten

(aacutecido sulfuacuterico-leche) lo que facilita el ascenso

de los gloacutebulos pequentildeos de grasa por

centrifugacioacuten El alcohol isoamiacutelico reacciona

con el aacutecido sulfuacuterico formando un eacutester que es

completamente soluble en dicho aacutecido Por otro

lado las cenizas representan el contenido en

minerales del alimento en general las cenizas

suponen menos del 5 de la materia seca de los

alimentos (Maacuterquez 2014) El meacutetodo que

propone la NMX-F-094-1984 es el gravimeacutetrico

El queso contiene la mayoriacutea de los

nutrientes de la leche con excepcioacuten de la lactosa

y algunas vitaminas hidrosolubles (Baro et al

2010) Pero en general la cantidad de fibra que

aporta el queso panela y los laacutecteos es muy baja

o nula

La NOM-043-SSA2-2012 define a la

fibra como la parte comestible de las plantas o

hidratos de carbono anaacutelogos que son resistentes

a la digestioacuten y la absorcioacuten en el intestino

humano y que sufren una fermentacioacuten total o

parcial en el intestino grueso

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Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

2019

La fibra dieteacutetica se divide en soluble e

insoluble Algunos tipos de fibra soluble son las

pectinas gomas mucilagos e inulina Por el

contrario la celulosa hemicelulosa y lignina son

consideradas fibra insoluble

En particular la inulina es un

polisacaacuterido no digerible el cual estaacute constituido

por moleacuteculas de fructosa unidas por enlaces β-

(2-1) fructosil-fructosa siendo el teacutermino

fructanos usado para denominar este tipo de

compuestos Dada su configuracioacuten quiacutemica los

fructanos no pueden ser hidrolizados por las

enzimas digestivas humanas por lo que

permanecen intactos en su recorrido por la parte

superior del tracto gastrointestinal no obstante

son hidrolizados y fermentados en su totalidad

por las bacterias de la parte inferior del tracto

gastrointestinal (intestino grueso coloacuten) De esta

manera este tipo de compuestos se comportan

como fibra dieteacutetica (Lara 2011)

Ademaacutes en el ramo industrial la inulina

se emplea en la fabricacioacuten de distintos

productos alimenticios en laacutecteos se utiliza

como emulsificante sustituto de azuacutecares y

grasas proporcionar sinergismo con

edulcorantes para dar cuerpo y palatabilidad y

formar gel (Urango 2012)

Por lo que enriquecer productos laacutecteos

como el queso panela con inulina podriacutea

beneficiar auacuten maacutes su contenido nutrimental y

beneficiar la ingesta de fibra en la poblacioacuten en

general Ademaacutes el adicionar inulina

favoreceriacutea la demanda de los consumidores

actuales los cuales buscan alimentos con

miacutenimo procesamiento y maacutes naturales (Peralta

2014) Sin embargo primero es necesario

conocer como la inulina modifica la humedad

cenizas pH soacutelidos totales y grasa del queso

tipo panela descremado

El objetivo general de esta investigacioacuten

fue analizar como la inulina en concentraciones

de 1 2 3 4 afecta la composicioacuten

fisicoquiacutemica del queso panela tipo descremado

Objetivos especiacuteficos

ndash Realizar anaacutelisis fisicoquiacutemicos de pH

humedad soacutelidos totales cenizas grasa

en los diferentes quesos y el control

ndash Determinar que concentracioacuten de inulina

(1 2 3 4 ) tuvo mayor impacto

en las propiedades fisicoquiacutemicas del

queso panela

Metodologiacutea a desarrollar

Materia prima

Para la elaboracioacuten del queso panela enriquecido

con inulina se utilizoacute leche bronca obtenida del

Centro de Ciencias Agropecuarias de la

Universidad Autoacutenoma de Aguascalientes

(UAA) La inulina de agave marca Enature se

adquirioacute en un supermercado de la ciudad de

Aguascalientes en febrero 2018 El cloruro de

calcio y el cloruro de sodio se obtuvieron del

Taller de laacutecteos del Aacuterea de Tecnologiacutea de

Alimentos de la UAA

Localizacioacuten

Los quesos panela enriquecidos con inulina y el

control fueron elaborados en el Taller de Laacutecteos

del Aacuterea de Tecnologiacutea de Alimentos los

anaacutelisis fisicoquiacutemicos se hicieron en el

Laboratorio de Control de Calidad del

Departamento de Tecnologiacutea de Alimentos

Estudio del proceso de elaboracioacuten de queso

panela y adicioacuten de inulina

Para realizar el queso panela con el diferente

contenido de inulina se estudioacute el proceso de

elaboracioacuten propuesto por el manual de la

SAGARPA (2015) Respecto a la inulina esta se

antildeadioacute antes de la coagulacioacuten como lo hizo

Gavilanes y German en el 2011 en un queso

crema y en la investigacioacuten de Ramiacuterez y Ponce

en el 2014 con un queso fresco donde

manifiestan que si la inulina estaacute presente

durante el proceso de coagulacioacuten puede formar

parte de la red estructural de proteiacutenas por la

unioacuten con agregados de la proteiacutena

Realizacioacuten de los quesos (control e inulina al

12 3 4)

La figura 1 muestra el diagrama de flujo que se

utilizoacute para la elaboracioacuten y los anaacutelisis

correspondientes de los quesos panelas con

inulina y control

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2019

Figura 1 Diagrama de flujo de la elaboracioacuten de los

quesos panela enriquecidos con inulina y control

Anaacutelisis fisicoquiacutemicos de los quesos

enriquecidos con inulina y el control

Respecto a los anaacutelisis fisicoquiacutemicos del queso

control y los quesos con inulina el pH se

determinoacute de acuerdo a la N M X-F-099-1970

con un pH-metro marca Hanna Hi 98163 El

contenido de humedad se realizoacute concorde a la

NMX-F-083-1986 para pesar los crisoles se

utilizoacute la balanza analiacutetica marca AampD GR 200

El porcentaje de cenizas fue conforme a la

NMX-F-094-1984 de igual manera los crisoles

se pesaron en la balanza analiacutetica marca AampD

GR 200 El contenido de soacutelidos totales de los

quesos panela se calculoacute por diferencia del

contenido de humedad ST=100 - humedad

Finalmente el anaacutelisis de grasa en los quesos se

hizo de acuerdo a la NMX-F-100-1984

Anaacutelisis estadiacutestico

Se realizoacute el anaacutelisis de la varianza (ANOVA) de

una viacutea En caso de que existieran diferencias

significativas se aplicoacute el anaacutelisis de

comparacioacuten muacuteltiple Tukey (plt005)

Empleando el programa estadiacutestico Statgraphics

Centurion XV

Resultados

En la tabla 1 se presentan los resultados de los

anaacutelisis fisicoquiacutemicos de las muestras de queso

y del control

Queso

panela

Ph Humedad

()

Cenizas

()

Soacutelidos

totales

()

Grasa ()

1 de

inulina

638plusmn001

a

6210plusmn053

a

337plusmn085

a

3790plusmn053

b

367plusmn029

bc

2 de

inulina

646plusmn001

c

6280plusmn036

ab

334plusmn005

a

3720plusmn036

ab

400plusmn000

c

3 de

inulina

644plusmn001

bc

6304plusmn073

ab

344plusmn013

a

3696plusmn073

ab

350plusmn000

b

4 de

inulina

643plusmn001

b

6411plusmn032

b

331plusmn004

a

3589plusmn032

a

300plusmn000

a

Control 645plusmn001

bc

6143plusmn127

a

358plusmn017

a

3857plusmn127

b

400plusmn000

a

Tabla 11 Resultados de las propiedades fisicoquiacutemicas de

los quesos panela con inulina y control (media y

desviacioacuten estaacutendar)

Diferentes letras en minuacutescula dentro de

las columnas indican diferencian significativas

(Tukey p=005)

pH

En cuanto al pH de las muestras de queso estas

se mantuvieron entre 638 y 646 (Graacutefico 1)

encontraacutendose diferencias estadiacutesticamente

significativas (ple005) seguacuten el ANOVA Los

quesos enriquecidos con inulina y control

mostraron un pH maacutes alto en comparacioacuten con

la NMX-F-092-1970 la cual refiere que el pH de

los quesos procesados tipo 1 (quesos procesados

para rebanar o cortar) deben tener un maacuteximo de

6

Sin embargo los valores de pH de los

cinco quesos coinciden con los del estudio de

Ramiacuterez y Veacutelez (2012) en quesos panela de

Meacutexico los cuales se encuentran entre 56 y 64

Estos resultados no coinciden con el estudio del

efecto de la adicioacuten de cultivo laacutectico e inulina

en la elaboracioacuten y evaluacioacuten sensorial del

queso fresco bajo en grasa por Ramiacuterez y Ponce

en el 2014 donde el pH no se modificoacute al agregar

la inulina al queso ademaacutes es conveniente aclarar

que en esta investigacioacuten no se adicionoacute cultivo

laacutectico

Graacutefico 1 Media y desviacioacuten estaacutendar del pH de los

quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Recepcioacuten Anaacutelisis

organoleacutepticoFiltrar

Precalentar a 38degC

DescremarAnaacutelisis

fisicoquiacutemicos

Pasteurizar a 72deg C por 15

segundos

Enfriar a 38degC

Separarla en ollas

Agregar inulina cuajo

y calcio

Agitar mezcla

Reposar 20-30 min

Trabajo mecaacutenico con

lira

Reposar 5-10 min

Calentar cuajo a 38deg

CSalar

Moldeado en canastas

Voltear a los 20 min

Reposar 2 horas

Empacar

RefrigerarAnaacutelisis

fisicoquiacutemicos

63

64

64

65

65

1 2 3 4 Control

pH

bcc

a

bbc

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Humedad

Con respecto al porcentaje de humedad ( Xw)

el graacutefico 2 muestra valores de 6143 a 6411

estando por encima de lo recomendado por la

NMX-F-092-1970 para quesos procesados tipo I

(valor maacuteximo 45 ) Por su parte Ramiacuterez y

Veacutelez (2012) obtuvieron valores de humedad del

orden de 532 y 583 en quesos panela Sin

embargo coincide en la investigacioacuten de

ldquoTextura y microestructura de quesos tipo

panela bajos en grasa y en colesterolrdquo por

Lobato Lozano y Vernon en el 2009 donde los

quesos panelas estuvieron en un rango de 605

a 669 Tambieacuten con la investigacioacuten de

Castro (2014) en la cual se adiciono un dextrano

a un queso de pasta hilada semigraso

observando que a mayor concentracioacuten del

dextrano el queso incrementaba su humedad

Concluyendo que cuando se antildeade mayor

cantidad de inulina aumenta el porcentaje de

humedad del queso panela esto concuerda con

el estudio de Monroy et al (2017) en el cual

elaboraron un queso anaacutelogo con proteiacutenas

exclusivas de lactosuero e inulina sus resultados

indicaron que el queso que conteniacutea prebioacutetico

tuvo mayor contenido de humedad La humedad

de los quesos puede deberse a que la inulina tiene

efectos sobre las propiedades reoloacutegicas del

queso principalmente por su capacidad de

retener agua y por su interaccioacuten sobre las

proteiacutenas (Ramiacuterez y Ponce 2014)

Graacutefico 2 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

humedad quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Cenizas

En relacioacuten al porcentaje de cenizas el queso

que tuvo el mayor contenido de fue el control no

obstante no se observaron diferencias

estadiacutesticamente significativas (Ple005) seguacuten el

ANOVA (graacutefico 3) En general el porcentaje de

cenizas en los cinco quesos estuvo dentro de los

liacutemites que la NMX-F-092-1970 establece

Asimismo estos valores coinciden con la

investigacioacuten por Urango en el 2012 en la

ldquoElaboracioacuten de un queso fresco semigraso

adicionado con fructooligosacaacuteridos (FOS)rdquo en

la cual el porcentaje de las muestras de queso

estuvo entre 307 y 369 No obstante fue mayor

en comparacioacuten del estudio en quesos frescos de

Ramiacuterez y Veacutelez en el 2012 debido a que se

agregoacute cloruro de calcio a la leche utilizada para

la elaboracioacuten de queso panela

Graacutefico 3 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

cenizas de quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Soacutelidos totals

En cuanto al porcentaje de soacutelidos totales

(graacutefico 4) se encontraron diferencias

estadiacutesticamente significativas (ple005) siendo

el control y el queso con 1 de inulina quienes

mostraron mayor de soacutelidos totales Los

valores no concuerdan con el estudio de Lopez

(2010) con un queso fresco en el cual su

promedio de solidos totales fue de 4020

Tampoco coincide con el porcentaje que marca

la NMX-F-092-1970 lo que puede estar

relacionado a la adicioacuten de la inulina

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 Control

X

w

ab aab ba

00

05

10

15

20

25

30

35

40

45

1 2 3 4 Control

d

e C

eniz

a

aaa a

a

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2019

Grafico 4 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

soacutelidos totales de los quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas

(Tukey p=005)

Grasa

Con respecto al contenido de grasa los valores

se encontraron en los rangos de 3 y 4

(graacutefico 5) Estos resultados no coinciden con el

estudio por Garciacutea y Navarrete en el 2013 en un

queso fresco que se le antildeadioacute lactobacillus

acydophylus y harina de maiacutez e inulina el queso

con mayor contenido de simbioacutetico tuvo el

menor porcentaje de grasa El bajo contenido de

grasa en el queso incluso en el control

concuerda con el estudio de Lobato Lozano y

Vernon (2009) en el cual la leche que conteniacutea

135 gL de grasa obtuvo un queso panela con

95 de grasa Por lo que se deduce que al tener

una leche con bajo contenido de grasa se obtiene

un queso descremado de acuerdo al CODEX

STANDARD 221-2001 Concluyendo que la

inulina no influyoacute en el contenido de grasa de los

quesos panela descremados

Graacutefico 5 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

grasa en los quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Agradecimiento

A la Universidad Autoacutenoma de Aguascalientes y

la Universidad Autoacutenoma de Zacatecas por sus

facilidades prestadas para realizar esta

investigacioacuten

Conclusiones

De acuerdo a los resultados obtenidos se observoacute

que la inulina modificoacute el pH humedad cenizas

y soacutelidos totales del queso panela descremado

desde concentraciones al 1

Recomendaciones

Cuantificar inulina y fibra soluble en futuras

investigaciones para indicar la cantidad de

inulina que es retenida por el queso

Utilizar leche entera para la elaboracioacuten

del queso panela con inulina para analizar si

disminuye el porcentaje de grasa

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33

34

35

36

37

38

39

40

41

1 2 3 4 Control

S

oacuteli

dos

Tota

les

a

ababb

b

000

050

100

150

200

250

300

350

400

450

1 2 3 4 Control

G

rasa

a a

b

cbc

50

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2012 Servicios baacutesicos de salud Promocioacuten y

educacioacuten para la salud en materia alimentaria

Criterios para brindar orientacioacuten

Norma Oficial Mexicana NOM-121-SSA1-

1994 Bienes y servicios Quesos frescos

madurados y procesados Especificaciones

sanitarias

Norma Oficial Mexicana NOM-155-SCFI-2012

Leche-denominaciones especificaciones

fisicoquiacutemicas informacioacuten comercial y

meacutetodos de prueba

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Determinacioacuten de cenizas en quesos

NMX-F-083-1986 Alimentos Determinacioacuten

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NMX-F-100-1984 Alimentos Laacutecteos

Determinacioacuten de grasa butiacuterica en quesos

NMX-F-111-1984 Alimentos Laacutecteos

Determinacioacuten de soacutelidos totales en quesos

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Procesados Normas mexicanas Direccioacuten

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52

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Junio 2019 Vol6 No19 52-61

Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum

y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la

alimentacioacuten de ovinos

Inclusion of flour made from the fruits of Enterolobium Cyclocarpum and Brosimum

Alicastrum as an isocaloric and isoproteic supplement in sheep feed

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y

PIMIENTA-BARRIOS Enrique Universidad de Guadalajara Centro Universitario de Ciencias Bioloacutegicas y agropecuarias` (CUCBA)Camino Ramoacuten

Padilla Saacutenchez 2100 Nextipac 44600 Zapopan Jalisco

ID 1er Autor Alicia De Luna-Vega

ID 1er Coautor Mariacutea Luisa Garciacutea-Sahaguacuten

ID 2do Coautor Salvador Gonzaacutelez-Luna

ID 3er Coautor Enrique Pimienta-Barrios

DOI 1035429JCPE20191965261 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

El estudio se realizoacute en el municipio de Cabo Corrientes

localidad de Chacala donde se encuentran distribuidas las

especies en estudio en forma natural Se realizaron anaacutelisis

bromatoloacutegico del fruto de B alicastrum y E cyclocarpum como

alternativa para mejorar la produccioacuten animal al incrementar el

consumo de proteiacutena energiacutea y minerales en la dieta del ganado

Se realizoacute anaacutelisis bromatoloacutegico de proteiacutena cruda (PC)

extracto eteacutereo (EE) y extracto libre de nitroacutegeno (ELN) usando

el meacutetodo de Wendee (AOAC 1990) fibra detergente neutra

(FDN) fibra detergente aacutecida (FDA) celulosa hemicelulosa y

lignina (Van Soest y Wine 1967) con el equipo ANKOM

Calcio y foacutesforo por colorimetriacutea potasio mediante la teacutecnica

del flamoacutemetro (Van Soest 1979) magnesio azufre y cobre por

el meacutetodo de TMECC 0406 413 La calidad nutritiva se

analizoacute en materia seca cenizas grasa y fibra cruda Se obtuvo

diferencia significativa entre especies en proteiacutena (2290 vs

1088) fibra (724 vs 1318) y ELN donde el valor maacutes alto fue

para B alicastrum (6702) comparado con E cyclocarpum

(6045) La inclusioacuten de harina de los frutos de E cyclocarpum

y de B alicastrum en las raciones alimenticias de los ovinos

mejoroacute el consumo El aumento de peso y la conversioacuten

alimenticia fueron mejores con la inclusioacuten del 10 El valor

econoacutemico de las raciones alimenticias con la inclusioacuten de las

harinas de los frutos de E cyclocarpum y de B alicastrum fue

menor que el de la dieta testigo en ovinos estabulados lo que

permitioacute mantener su desarrollo con una disminucioacuten

significativa de los costos de produccioacuten

Aacuterboles Forrajeros Rumiantes Suplementacioacuten

Abstract

Study was performed in Chacala Cabo Corrientes where the

species in study are widely distribuited in a natural form

Bromatologic analisis of fruit of B alicastrum and E

Cyclocarpum were performed as an alternative to improve

animal production increasing protein consumption energy and

minerals on the livestock diet Bromatologic analysis was made

for crude protein (CP) etereum extract (EE) and nitrogen free

extract (NFE) with Wendee method (AOAC 1990) neutral

detergent fiber (NDF) acid detergent fiber (ADF) cellulose

hemicellulose and lignin (Van Soest and Wine 1967) with

ANKOM equipment Calcium and phosphorus for colorimetry

potasium with flamometer technique (Van Soest 1979)

magnesium sulphur and copper with TMECC 0406 413

method Nutritional quality was analized on dry matter ashes fat

and crude fiber Significative difference was obtained between

species on protein (2290 vs 1088) fiber (724 vs 1318) and

NFE were the higgest value was for B alicastrum (6702)

compared with E cyclocarpum (6045) Inclussion of fruit

flour from E cyclocarpum and B alicastrum on ovine alimentary

rations improvement consumption Weight increase and

alimentary convertion were better with the 10 inclussion

Economic value of alimentary rations with inclussion of fruit

flour of E cyclocarpum and B alicastrum was lower than

witness diet on stabuled ovine permiting maintain development

with significative decrease of production costs

Forage Trees Ruminants Supplementation

Citacioacuten DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e

isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 52-61

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico dva20851cucbaudgmx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

Entre las diferentes alternativas disponibles para

reducir el deterioro ambiental producido por el

auge expansionista de la ganaderiacutea tradicional

extensiva en el troacutepico mexicano se tiene la

implementacioacuten de praacutecticas de tipo

agroforestal que impulsa la integracioacuten de

aacuterboles y arbustos con la produccioacuten animal y

que podriacutea dar la pauta para el desarrollo de

sistemas de produccioacuten sustentable que no atente

contra el fraacutegil equilibrio ecoloacutegico del troacutepico

mexicano que incluso pudiera mejorar el

comportamiento animal como ganancia de peso

consumo de alimento y conversioacuten alimenticia

sin tener que depender de recursos externos

(Laker 1994)

Bajo la presioacuten de producir alimentos en

sistemas que mantengan estables su produccioacuten

y rentabilidad a largo plazo sin generar

inequidad social y preservando todos los

recursos naturales bajo el paradigma de la

sostenibilidad han cobrado especial importancia

el uso de aacuterboles forrajeros como fuente viable

para la alimentacioacuten animal y maacutes recientemente

el manejo de sistemas silvopastoriles que

integran el uso de pasturas aacuterboles y animales

con diferentes objetivos y estrategias de

produccioacuten (Giraldo 1996a)

En Meacutexico existe una gran variedad de

especies arboacutereas y arbustivas que tienen

potencial par a ser incorporadas en los sistemas

de produccioacuten en el troacutepico (Soto et al 1997)

los cuales podriacutean introducir elementos de

sostenibilidad en los sistemas actuales (Enkerlin

et al1997) al hacerlo menos dependiente de

insumos externos concentrados energeacuteticos y

proteicos que tienen que ser adquiridos a costos

elevados por los ganaderos (Laker 1994)

La explotacioacuten pecuaria intensiva

requiere de altas inversiones en las que el

alimento generalmente representa entre el 60 y

80 de los costos totales de produccioacuten (Bondi

1988) Los principios nutritivos son compuestos

quiacutemicos contenidos en los alimentos que

resultan necesarios para el mantenimiento la

reproduccioacuten produccioacuten y salud de los

animales Los maacutes importantes son agua

carbohidratos grasas proteiacutenas minerales y

vitaminas (Bondi 1988) Las proteiacutenas son

necesarias en la alimentacioacuten animal por las

numerosas funciones que desarrollan en el

organismo animal

Objetivo general

Por lo cual dentro de los objetivos del presente

trabajo es evaluar aspectos nutritivos del fruto de

estas especies arboacutereas para incorporarlas a los

sistemas de explotacioacuten pecuaria como una

alternativa para mejorar el rendimiento animal

al incrementarse el consumo de proteiacutena energiacutea

y minerales en la dieta del ganado a un costo

reducido

Objetivos particulares

1 Determinar la calidad nutritiva de la

harina de los frutos de E cyclocarpum y

B alicastrum (MO) proteiacutena cruda (PC)

fibra detergente neutra (FDN) fibra

detergente aacutecida (FDA) de los frutos de

E cyclocarpum y B alicastrum

2 Evaluar el comportamiento de ovinos al

incluir la harina de frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum en su dieta

alimenticia

3 Estimar el valor econoacutemico de las

raciones en estudio

Materiales y meacutetodos

Localizacioacuten

El estudio se realizoacute en el municipio de Cabo

Corrientes en la localidad de Chacala donde se

encuentran ampliamente distribuidas las

especies en estudio dentro de los tipos de

vegetacioacuten de selva mediana subcaducifolia La

Comunidad se ubica a 31 km al Noroeste de la

poblacioacuten de El Tuito cabecera municipal de

Cabo Corrientes Jal en las coordenadas

20deg10rsquo55rsquorsquo a los 20deg31rsquo00rsquorsquo de latitud norte y de

los 105deg10rsquo00rsquorsquo a los 105deg41rsquo25rsquorsquo de longitud

oeste El municipio limita al norte con el de

Puerto Vallarta y el Oceacuteano Paciacutefico al sur con

el de Tomatlaacuten al oriente con el de Talpa de

Allende y al poniente con el Oceacuteano Paciacutefico

Aspectos nutricionales de las especies en

estudio

La determinacioacuten de la composicioacuten quiacutemica de

los frutos se realizoacute en el laboratorio de nutricioacuten

animal del Departamento de Produccioacuten

Animal de la Divisioacuten de Ciencias Veterinarias

para medir las fracciones quiacutemicas de los frutos

por anaacutelisis bromatoloacutegico de proteiacutena cruda

(PC) extracto eteacutereo (EE) y extracto libre de

nitroacutegeno (ELN)) usando el meacutetodo de Wendee

(AOAC 1990)

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suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Se determinaron las fracciones de fibra

detergente neutra (FDN) fibra detergente aacutecida

(FDA) celulosa hemicelulosa y lignina (teacutecnica

de Van Soest y Wine 1967) con el equipo

ANKOM Minerales El calcio y foacutesforo fueron

analizados por meacutetodos colorimeacutetricos el

potasio se analizoacute mediante la teacutecnica del

flamoacutemetro (Van Soest 1979) magnesio azufre

y cobre por el metodo de TMECC 0406 413

Prueba de comportamiento Se llevoacute a cabo una

prueba de comportamiento con ovinos pelibuey

en la cual se evaluoacute el consumo de alimento

aumento de peso y conversioacuten alimenticia

ademaacutes de un anaacutelisis econoacutemico con

porcentajes de 10 y 20 de inclusioacuten de harina

de los frutos en estudio maacutes las dietas testigo

(0 de harina de frutos)

Tratamientos estudiados

El trabajo experimental consistioacute en evaluar tres

tratamientos con los porcentajes de inclusioacuten de

0 10 y 20 de harina de E cyclocarpum y de

B alicastrum en dietas isocaloacutericas e

isoproteacuteicas T1 T4 = 0 T2 T5 = 10 T3 T6 =

20 para cada una de las harinas de los frutos

arboacutereos Los ingredientes y anaacutelisis

bromatoloacutegicos de ingredientes y mezclas se

muestran en los Tablas del 1 al 3

Testigos E cyclocarpum B alicastrum

Ingredientes 10 20 10 20

Rastrojo de maiacutez 2700 5450 2700 5400 2700

Alfalfa 1200 - 1 740 - 1320

Trigo 2200 - 480 - 480

Sorgo 2000 1700 1500 1500 1500

Melaza 1210 1000 1000 1000 1000

Harina de pescado 200 320 100 570 520

E cyclocarpum - 1000 2000 - -

B alicastrum - - - 1000 2000

Roca fosfoacuterica 100 100 100 100 100

Carbonato de calcio 100 100 100 100 100

Vitaminas 025 025 025 025 025

Minerales 005 005 005 005 005

Sal 100 100 100 100 100

Urea 160 200 150 200 150

Totales 10000 10000 10000 10000 10000

Tabla 1 Porcentajes de E cyclocarpum y B alicastrum e

ingredientes utilizados en cada tratamiento por dieta

Alfalfa Trigo Sorgo H pescado Ecyclocarpum Balicastrum

Humedad 104 103 95 75 387 203

Cenizas 120 34 23 151 425 525

Proteiacutena 211 11 107 641 229 1088

Grasa 15 14 32 104 129 107

Fibra 165 30 28 00 724 1318

ELN 376 709 714 29 6045 6702

Materia seca 896 897 905 925 9613 9797

M Orgaacutenica 880 9660 977 849 9575 9448

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Tabla 2 Anaacutelisis bromatoloacutegico de los ingredientes

incluidos en los tratamientos de la harina de frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum reportado en

Testigos E cyclocarpum B alicastrum

Concepto 0 10 20 10 20

Humedad 1050 1000 1030 1051 1120

Cenizas 1060 1010 1015 1031 1030

Proteiacutena 1590 1540 1543 1546 1543

Grasa 140 140 145 120 100

Fibra 1060 1010 1518 1029 1030

ELN 5100 5300 4749 5223 5177

Materia seca 8950 9000 8970 8949 8880

Materia orgaacutenica 8940 8990 8985 8969 8970

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Tabla 3 Anaacutelisis bromatoloacutegico de los tratamientos

estudiados

Materiales utilizados

En la presente investigacioacuten se utilizoacute una nave

para ovinos con una dimensioacuten de 10 m de ancho

por 40 m de largo con techo de laacutemina aislante

piso de cemento con las ventanas hacia el norte

y hacia el sur el enjarre es de cemento pintado

de blanco

En esta nave se lotificaron 24 corrales de

dos metros de ancho x tres de largo cada uno

separado con tubos de fierro con un diaacutemetro de

tres pulgadas Para el suministro de agua y

alimento se utilizaron comederos y bebederos de

plaacutestico Se dispuso de dos baacutesculas de

precisioacuten una con capacidad de 2600 kg para

pesar los minerales y la otra de 120 kg para pesar

los ovinos y los ingredientes de los tratamientos

asiacute como un molino de martillos con una criba

de dos mm y una revolvedora horizontal para

moler y mezclar los ingredientes de cada racioacuten

Se utilizaron un total de 72 ovinos de la raza

Pelibuey con un peso promedio de 25 kg

vacunada y desparasitados interna y

externamente

Procedimiento experimental

Los frutos de E cyclocarpum y B alicastrum

fueron secados al sol durante ocho diacuteas

consecutivos y despueacutes molidos en un molino de

martillo la mezcla de los ingredientes se hizo en

una revolvedora horizontal Un total de seis

tratamientos con cuatro repeticiones (tres

animales por repeticioacuten y 24 por tratamiento)

fueron estudiados bajo un disentildeo experimental

de bloques al azar boqueado por el peso de los

animales en ligeros (l) n= 12 con un peso

promedio de 24 kg medianos (m) n= 12 peso

promedio 25 kg y pesados (p) n= 12 peso

promedio 26 kg El peso promedio de los

animales por tratamiento fue de 25kg

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suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Cada animal se aretoacute con un nuacutemero

progresivo despueacutes fueron distribuidos en los

diferentes tratamientos Se desparasitoacute con

ivermectina (Ivomec) y se vacunoacute contra las

enfermedades maacutes comunes en la zona

(septicemia hemorraacutegica carboacuten sintomaacutetico y

edema maligno) aplicando Bacterina Triple y

contra Aacutentrax Despueacutes de distribuidos los

animales se les dio agua para evitar la

deshidratacioacuten Tuvieron un periodo de 8 diacuteas de

adaptacioacuten para las nuevas dietas en estudio

El experimento tuvo una duracioacuten de 72

diacuteas durante el cual se registraron las siguientes

mediciones

a Ganancia peso Los animales se pesaron

al inicio del experimento y despueacutes a

intervalos regulares cada 14 diacuteas con un

ayuno previo de 24 horas de alimento y

agua Las ganancias de peso catorcenal

se obtuvieron por diferencia entre dos

pesadas consecutivas

b Consumo de alimento El agua fue

ofrecida ad libitum El alimento se

pesaba y se ofreciacutea el 50 a las 9 de la

mantildeana y 50 a las 6 de la tarde al diacutea

siguiente a las 8 de la mantildeana se

recolectaban el alimento rechazado se

pesaba y por diferencia se sacoacute el

consumo diario

Los paraacutemetros a medir fueron

ndash Peso diario de alimento proporcionado a

los ovinos

ndash Peso del alimento rechazado diariamente

ndash Peso corporal de los ovinos

catorcenalmente despueacutes de una dieta de

24 horas y anaacutelisis econoacutemico de las

raciones

ndash Los paraacutemetros indirectos fueron

ndash Kg de alimento consumido por diacutea

ndash Ganancia media diaria de peso

ndash Conversioacuten alimenticia

Disentildeo experimental

El experimento se desarrolloacute bajo un disentildeo de

bloques al azar bloqueado por el peso de los

animales en ligero (l) mediano (m) y pesado (p)

El modelo estadiacutestico utilizado fue Yij + M +

Ti + Bj + TiBj

Doacutende

Yij = Variable de respuesta

M = Media ponderada

Ti = Efecto de tratamiento i-esimo

Bj = Efecto del bloque j-iesimo

Ti Bj = Interaccioacuten entre tratamiento i-esimo y

bloque j-iesim

Variables bajo estudio

Ganancia de peso

Consumo de alimento

Conversioacuten alimenticia

Los resultados fueron analizados

mediante ANOVA Utilizando los

procedimientos del paquete estadiacutestico

STATISCA 60 se hizo la comparacioacuten de

medias con la prueba de Tukey (Plt005)

Resultados y discusioacuten

Aspectos nutricionales de las especies

arboacutereas en estudio

La calidad nutritiva en cuanto a MS PC MO

ELN humedad cenizas grasa y fibra cruda La

uacutenica diferencia significativa encontrada entre

las especies en estudio correspondioacute a la proteiacutena

(2290 vs 1088) fibra (724 vs 1318) y

elementos libres de nitroacutegeno (ELN) (6045 vs

6702) (Tabla 4)

ELN estaacute representado principalmente

por los azuacutecares solubles de muy faacutecil digestioacuten

EL valor maacutes alto fue B alicastrum (6702)

comparado con el E cyclocarpum (6045)

El ELN en estos frutos es de suma

importancia para el balance de energiacutea y proteiacutena

en el rumen ya que representa una fuente de

energiacutea faacutecilmente fermentable la cual es

aprovechada raacutepidamente por la flora

microbiana para todos los procesos de siacutentesis

Corroborando lo publicado por Bondi 1988 con

el contenido de ELN de estos frutos estamos

proporcionando a los rumiantes un fuente de

energiacutea para la flora microbiana que esta a su

vez proporcionaraacute al animal mayor capacidad

de digestioacuten y aprovechamiento de los

nutrientes

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suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Determinacioacuten E

cyclocarpum

B

alicastrum

Humedad 387 203

Cenizas 425 552

Proteiacutena 2290 1088

Grasa 129 107

Fibra 724 1318

ELN 6045 6702

Materia seca 9613 9797

FDN 3458 1937

FDA 3128 1725

Lignina 2566 1225

Celulosa 526 425

Hemicelulosa 330 287

Nitroacutegeno 366 174

Foacutesforo 030 020

Potasio 086 100

Calcio 027 020

Magnesio 078 076

Azufre 022 024

Cobre ppm 556 552

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Fibra detergente neutro (FDN) fibra detergente aacutecida

(FDA)

Tabla 4 Anaacutelisis quiacutemico proximal de la harina de los

frutos de E cyclocarpum y B alicastrum reportados en

porcentaje

El contenido de proteiacutena cruda (PC)

obtenido en B alicastrum (1088) resulto maacutes

bajo de lo esperado comparado con otras

investigaciones entre ellos Sosa et al 2004

(1381) Palma 2006 (1304) sentildealaron que

la proteiacutena variacutea del 12 al 20 sin embargo

Carranza et al 2003 que reportaron 865 y

968 valores maacutes bajos encontrados en este

trabajo Para el E cyclocarpum (Carranza et al

2003 Cecconello et a 2003) reportaron 1828

y 1410 teniendo una variacioacuten con los valores

reportados por parte de Aacutelvarez et al 2003

reportoacute en PC 172 Palma en el 2006 encontroacute

el 1549 valores maacutes bajos a los encontrados

en este trabajo

Esta variacioacuten se puede deber que estos

autores sus investigaciones fueron realizados en

diferente estados y diferentes eacutepocas Por su

parte Barrientos (2006) reportoacute para la harina

del fruto E cyclocarpum valores de 2792 de

proteiacutena en Tomatlaacuten de 1944 en la Cruz de

Huanacaxtle 3179 en Autlaacuten 2285 en la

Huerta todos en el estado de Jalisco En general

en estas discrepancias pueden influir las

condiciones edafoloacutegicas del sitio y diferentes

periacuteodos de estudio

Fracciones de fibra de la harina de los frutos

de E cyclocarpum y B alicastrum

Con relacioacuten a las fracciones de fibra para las

diferentes harinas de los frutos en estudio se

muestran en el Tabla 4 Los contenidos de fibra

total expresados como FDA y FDN para E

cyclocarpum variaron entre 3128 y 3458 y

para B alicastrum 1725 1937

concernientemente lo cual puede indicar que la

disponibilidad de nutrientes en los frutos

completos es variable dependiendo del nivel de

fibra presente

El promedio de FDN y FDA para E

cyclocarpum son superiores a los reportados por

Cecconello et al 2003 (2753 199) y Sosa et

al 2004 (4120 y 2483) Estos valores son

muy parecidos a los reportados por Febles et

al (1999) donde los estimaciones son FDN

415 FDA 298 lignina (lig) 58 celulosa (cel)

225 y hemicelulosa (hemi) 117 Es posible

que la diferencia encontrada con estos autores se

deba a que estos frutos fueron evaluados en

diferente paiacutes por lo tanto diferentes

condiciones climaacuteticas y edafoloacutegicas

Dentro de los trabajos realizados con

frutos de B alicastrum se encuentran los de

Lizarraga et al 2001 Sosa et al 2004 los

cuales reportaron valores de 375 285 6750

4710 615 40 y 4348 en FDN y FDA por

su parte Delgado et al (2000) reportaron los

siguientes valores (FDN 558 FDA 358 lig 83

cel 25 y hemi 20) valores muy superiores a los

encontrados en este trabajo

Contenido de minerales de la harina de los

frutos de las arboacutereas en estudio

El contenido de minerales de la harina de E

cyclocarpum y B alicastrum se observan en el

Tabla iquest4 donde el potasio se encuentra en mayor

porcentaje en el fruto de B alicastrum con 100

con respecto a la harina de E cyclocarpum

(086) sin embargo nitroacutegeno (N) (366) se

encuentra en mayor cantidad en la harina de E

cyclocarpum Delgado et al (2000) sentildealaron

que el E cyclocarpum contiene el uno porciento

de foacutesforo y calcio Sin embargo Carranza et al

(2003) y Sosa et al (2004) encontraron los

valores de 09 451 117 19 ppm para estos

mismos minerales

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suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

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En un trabajo publicado por Cecconello

et al (2003) reportaron valores de 226 029

036 077 023 y 555 ppm para nitrogeno

foacutesforo calcio magnesio (Mg) azufre (S) y

cobre (Cu) Son valores muy similares a los

reportados en este trabajo con la diferencia de

que ellos evaluaron en Venezuela Por su parte

Romaacuten et al (2004) publicaron los siguientes

resultados 245 de N 117 19 029 ppm de P

K y Calcio Barrientos (2006) reportoacute para la

harina del fruto completo de E cyclocarpum

valores de 221 159 081 032 019 027

0052 y 0034 de N Ca K Mg sodio (Na) P

Cu y fierro en la localidad de Tomatlaacuten Jalisco

Destacandose el N (366) de los reportados

por los otros autores Para B alicastrum

Carranza et al (2003) reportaron 014 y 267

de foacutesforo y calcio Romaacuten et al (2004)

encontraron 154 de N 4 20 065 ppm de P

K y Ca respectivamente Los valores reportados

por estos autores son similares a los obtenidos en

este trabajo las diferencias pueden ser por la

calidad del sitio y antildeo de observacioacuten

Prueba de comportamiento

El consumo de alimento diario para el

tratamiento de las dietas testigo la inclusioacuten del

10 y el 20 de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum no se encontroacute

diferencia significativa (Pgt005) entre los

tratamientos al realizar el anaacutelisis de varianza

La inclusioacuten de los diferentes niveles de harina

de E cyclocarpum y B alicastrum no modificoacute

explicativamente el consumo de alimento con

respecto a la racioacuten testigo Estos datos se

pueden observar maacutes objetivamente en el Tabla

5

Tratamientos E cyclocarpum

(g)

B alicastrum

(g)

T1 y T4 289a 292b

T2 y T5 291a 294ordf

T3 y T6 297a 301ordf

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de inclusioacuten

No hay diferencia significativa entre tratamientos

(Plt005)

Tabla 5 Consumo de alimento diario para los ovinos en

los seis tratamientos

Auacuten el no existir diferencias estadiacutesticas

en el consumo de las diferentes raciones en

estudio los resultados mostraron una tendencia

positiva entre el consumo y el nivel de inclusioacuten

de harina de E cyclocarpum y B alicastrum en

la dieta

Esta tendencia difiere con los resultados

obtenidos por Gonzaacutelez et al (1989) quienes

encontraron un menor consumo de materia seca

al comparar un nivel de inclusioacuten de 311 en

contra de 0 y 155 de E cyclocarpum

Gonzaacutelez et al (1989) y Amaro et al (1993)

sentildealan que el maacuteximo consumo voluntario de

materia seca se encontroacute en los niveles de

inclusioacuten del 31 y el 48 en tanto que Bonilla

(1999) indicoacute que el consumo voluntario

aumento conforme se incrementoacute la inclusioacuten de

la harina de E cyclocarpum en la dieta de 40 a

61 Los resultados anteriores mostraron una

gran variacioacuten entre la relacioacuten que guardan el

nivel de inclusioacuten de la harina de los frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum y el consumo de

alimento de las diferentes raciones este

fenoacutemeno pudiera estar explicado por los

diferentes tiempos de secado del fruto y de

almacenado de la harina referidos por los

distintos autores

En este estudio el fruto fue secado al sol

durante 10 diacuteas por espacio de ocho horas el

fruto fue molido y ofertado a los animales con un

periodo de acopio de seis meses mientras que

Peacuterez y Zapata (1993) utilizaron ocho diacuteas de

exposicioacuten y un periacuteodo corto de almacenaje en

tanto Alvarez et al (2003) utilizaron la harina

de E cyclocarpum despueacutes de un antildeo de

almacenaje Este periodo de almacenaje pudo

influir en algunas de las caracteriacutesticas

organoleacutepticas del alimento modificando su

consumo tanto en el E cyclocarpum como el B

alicastrum

Aumento de peso

En cuanto al aumento de peso diario para los

diferentes tratamientos se observoacute diferencias

significativas (Plt005)

Tratamientos E cyclocarpum

(g)

B alicastrum

(g)

T1 y T4 242a 230a

T2 y T5 220a 238a

T3 y T6 167b 198b

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de inclusioacuten

Letras diferentes en lineas indican diferencia significativa

(Plt005)

Tabla 6 Aumento de peso diario de los ovinos en los

diferentes tratamientos

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LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Los resultados de Gonzaacutelez et al (1989)

mencionaron ganancias de peso diario de 96 a

102 g con niveles de inclusioacuten de 15 y 30 de

harina de E cyclocarpum en raciones basadas

en 73 y 63 de rastrojo de maiacutez

respectivamente Peacuterez et al (1991)

encontraron 101 y 141 g de aumento de peso con

inclusiones de 10 y 20 de la harina cuando

proporcionaron 40 de rastrojo de maiacutez y 20

de sorgo con animales criollos y de un peso

inicial de 22 kg Bonilla (1999) reportoacute que

cuando se utilizaron niveles de 12 y 24 de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum en una

dieta con un contenido de 40 de rastrojo de

maiacutez y 14 de grano de sorgo obtuvo un

aumento de peso de 127 gdiacutea

Aacutelvarez et al (2003) en un trabajo

realizado con harina de E cyclocarpum y

gallinaza con inclusiones del 15 y el 30 obtuvo

una ganancia de peso diaria de 86 y 74 g Por

otro lado Peralta et al (2004) reporta 168 160

y 125 g de aumento de peso con niveles de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum de 10 20

y 30 Como podemos observar en este trabajo

los aumentos de peso fueron superiores a los

reportados por otros autores mientras que las

tablas de nutricioacuten (NRC 1996) recomienda el

16 de proteiacutena para animales confinados de

razas especializadas con un promedio de 20 a 25

kg de peso y para ganancia de peso de 250 y 300

g por diacutea valores muy similares a los obtenidos

en este trabajo

Conversioacuten alimenticia En la conversioacuten

alimenticia se observan diferencias

significativas (Plt005) para el tratamiento de la

inclusioacuten del 20 de harina de E cyclocarpum

y de B alicastrum en relacioacuten con los demaacutes

tratamientos (Tabla 7)

Tratamientos E

cyclocarpum

(kg)

B

alicastrum

(kg)

T1 y T4 613b 1 651b 1

T2 y T5 678b 1 636b 1

T3 y T6 705a 1 781a 1

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de

inclusioacuten

Tabla 7 Conversioacuten alimenticia para los ovinos en los

diferentes tratamientos

Letras diferentes en columnas hay

diferencia significativa (Plt005)

La conversioacuten alimenticia de los

animales en todos los tratamientos con inclusioacuten

de harina de fruto de E cyclocarpum fue mejor

a la encontrada por Bonilla (1999) quien al

utilizar una inclusioacuten de 48 en la racioacuten obtuvo

una conversioacuten alimenticia de 81 (es decir que

necesita ocho unidades de alimento para

producir una de carne)

Por otro lado Aacutelvarez et al (2003)

utilizando 30 de harina de E cyclocarpum y

hasta un 20 de rastrojo de maiacutez en la dieta

obtuvo una conversioacuten de 7471

Peralta et al (2004) en un trabajo

realizado con ovinos estabulados y utilizando la

inclusioacuten de 10 20 y 30 de E cyclocarpum

encontroacute que la conversioacuten alimenticia fue

estadiacutesticamente similar para todos los

tratamientos (471 391 y 471) superior al

encontrado en esta investigacioacuten

Finalmente Peacuterez et al 1991

mencionaron que con la inclusioacuten de 20 de

harina de frutos de E cyclocarpum se consiguioacute

la mayor conversioacuten alimenticia (698) y el

menor costo de produccioacuten por concepto de

alimentacioacuten ($220) resultando similar al

encontrado en este trabajo

El costo estimado de alimento por kilogramo

de carne producida

Para los tratamientos estudiados en ovinos en

estabulacioacuten lo podemos observar en el (Tabla

8) el costo maacutes bajo correspondioacute a la inclusioacuten

del 10 de E cyclocarpum y el maacutes alto para

la dieta testigo Los costos de la alimentacioacuten

decrecieron en un 14 a un 26 por kg de carne

producida comparado con la racioacuten testigo

(Tabla 8)

Se calculoacute el costo por kilogramo de la

harina de los frutos de E cyclocarpum y de B

alicastrum considerando el salario miacutenimo de la

localidad aplicado a mano de obra para

recoleccioacuten molienda e integracioacuten a los

tratamientos estudiados

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Testigo Ecyclocarpum B alicastrum Costokg

de

ingrediente

Ingredientes 10 20 10 20

Rastrojo de maiacutez

2700 5450 2700 5450 2700 165

Alfalfa 1200 - 1 740 - 1320 255

Trigo 2200 - 480 - 480 285

Sorgo 2000 1700 1500 1500 1500 235

Melaza 1450 1000 1000 1000 1000 200

Harina de

pescado

200 320 100 550 520 800

Harina de frutos - 1000 2000 10 20 200

Roca fosfoacuterica 100 100 100 100 100 140

Carbonato de calcio

100 100 100 100 100 380

Vitaminas 025 025 025 025 025 900

Minerales 005 005 005 005 005 095

Sal 100 100 100 100 100 145

Urea 160 200 150 200 150 430

Totales 10000 10000 10000 10000 10000

Costokg de

Alimento

245 213 221 242 244

Tabla 8 Porcentaje de los Ingredientes de las raciones en

estudio

Tratamientos Conversioacuten

alimenticia

Costo por

kg de

racioacuten

Costo alimento

kg de carne

producido

E cyclocarpum

T1 636a 1 280 1780

T2 678a 1 229 1552

T3 705b 1 181 1276

B alicastrum

T4 651a 1 280 1823

T5 613a 1 235 1441

T6 781b 1 204 1593

A b c literal diferente por columna indica diferencia

estadiacutestica (Plt005)

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de

inclusioacuten

Tabla 9 Conversioacuten alimenticia y costo estimado en los

diferentes tratamientos en ovinos en estabulacioacuten

El costo del kilogramo de carne

producida el maacutes bajo correspondioacute al 10 de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum aunque

este tratamiento no fue el mejor en cuanto a

consumo de alimento y conversioacuten alimenticia

esto se puede deber a que la fuente proteica de la

racioacuten es la de mayor costo y con esta inclusioacuten

del 10 se bajan los costos de produccioacuten

Peralta et al (2003) mencionaron que el costo

de alimento por carne producida en ovinos en

estabulacioacuten para la dieta testigo fue de $1076

en las inclusiones del 10 20 y 30 de harina de

frutos de E cyclocarpum fue de 935 721 y

837 respectivamente sus costos fueron menores

a los encontrados en este trabajo este fenoacutemenos

se puede deber a que no le asignaron un costo a

la harina de los frutos o que la fecha de la

investigacioacuten fue tres antildeos anteriores a este

trabajo porque los costos de los insumos

aumentan considerablemente antildeo con antildeo

Conclusiones

La inclusioacuten de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum en las raciones

alimenticias de los ovinos mejoroacute el consumo

El consumo de alimento fue mejor con la

inclusioacuten del 10 de B alicastrum La

conversioacuten alimenticia y el aumento de peso fue

mejor para la dieta testigo T1

El valor econoacutemico de la racioacuten

alimenticia con la inclusioacuten de las harina de los

frutos de E cyclocarpum el mejor fue con el

10 como sustituto de una fuente proteica en

ovinos estabulados lo que permitioacute mantener su

desarrollo con una disminucioacuten significativa de

los costos de produccioacuten Hay que considerar

que el costo se calculoacute con el de la mano de obra

local y no puede aplicarse a nivel nacional o

internacional

La inclusioacuten de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum en la

alimentacioacuten de rumiantes es una alternativa

teacutecnicamente viable dependiendo del nivel de

inclusioacuten la distancia y los costos de transporte

a las plantas de produccioacuten

la respuesta productiva encontrada en los

ovinos suplementados con frutos de leguminosas

arboacutereas estaacute asociada principalmente con

aumento en el consumo voluntario de materia

seca y energiacutea digestible mayor flujo de

proteiacutena microbial al duodeno y un mejor

balance entre nutrientes gluco y cetogeacutenicos

Referencias

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I Warner) p 351-356

Instrucciones para la Publicacioacuten Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten

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Introduccioacuten

Texto redactado en Times New Roman No12

espacio sencillo

Explicacioacuten del tema en general y explicar

porque es importante

iquestCuaacutel es su valor agregado respecto de las demaacutes

teacutecnicas

Enfocar claramente cada una de sus

caracteriacutesticas

Explicar con claridad el problema a solucionar y

la hipoacutetesis central

Explicacioacuten de las secciones del Artiacuteculo

Desarrollo de Secciones y Apartados del

Artiacuteculo con numeracioacuten subsecuente

[Tiacutetulo en Times New Roman No12 espacio

sencillo y Negrita]

Desarrollo de Artiacuteculos en Times New Roman

No12 espacio sencillo

Inclusioacuten de Graacuteficos Figuras y Tablas-

Editables

En el contenido del Artiacuteculo todo graacutefico tabla

y figura debe ser editable en formatos que

permitan modificar tamantildeo tipo y nuacutemero de

letra a efectos de edicioacuten estas deberaacuten estar en

alta calidad no pixeladas y deben ser notables

aun reduciendo la imagen a escala

[Indicando el tiacutetulo en la parte inferior con Times

New Roman No 10 y Negrita]

Graacutefico 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Figura 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Tabla 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Cada Artiacuteculo deberaacute presentar de manera

separada en 3 Carpetas a) Figuras b) Graacuteficos

y c) Tablas en formato JPG indicando el

nuacutemero en Negrita y el Titulo secuencial

Para el uso de Ecuaciones sentildealar de la

siguiente forma

Yij = α + sum βhXhijrh=1 + uj + eij

(1)

Deberaacuten ser editables y con numeracioacuten alineada

en el extremo derecho

Metodologiacutea a desarrollar

Dar el significado de las variables en redaccioacuten

lineal y es importante la comparacioacuten de los

criterios usados

Resultados

Los resultados deberaacuten ser por seccioacuten del

Artiacuteculo

Anexos

Tablas y fuentes adecuadas

Agradecimiento

Indicar si fueron financiados por alguna

Institucioacuten Universidad o Empresa

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MAYUSCULAS) Nombre del 1er Coautor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 2do Coautor y Apellidos (EN

MAYUSCULAS) Nombre del 3er Coautor Tiacutetulo del Artiacuteculo Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica Antildeo (Times New Roman No8)

Conclusiones

Explicar con claridad los resultados obtenidos y

las posibilidades de mejora

Referencias

Utilizar sistema APA No deben estar

numerados tampoco con vintildeetas sin embargo

en caso necesario de numerar seraacute porque se

hace referencia o mencioacuten en alguna parte del

Artiacuteculo

Utilizar Alfabeto Romano todas las

referencias que ha utilizado deben estar en el

Alfabeto romano incluso si usted ha citado un

Artiacuteculo libro en cualquiera de los idiomas

oficiales de la Organizacioacuten de las Naciones

Unidas (Ingleacutes Franceacutes Alemaacuten Chino Ruso

Portugueacutes Italiano Espantildeol Aacuterabe) debe

escribir la referencia en escritura romana y no en

cualquiera de los idiomas oficiales

Ficha Teacutecnica

Cada Artiacuteculo deberaacute presentar un documento

Word (docx)

Nombre de la Revista

Tiacutetulo del Artiacuteculo

Abstract

Keywords

Secciones del Artiacuteculo por ejemplo

1 Introduccioacuten

2 Descripcioacuten del meacutetodo

3 Anaacutelisis a partir de la regresioacuten por curva de

demanda

4 Resultados

5 Agradecimiento

6 Conclusiones

7 Referencias

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Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica se reserva el derecho de hacer los cambios editoriales requeridos

para adecuar los Artiacuteculos a la Poliacutetica Editorial del Research Journal Una vez aceptado el Artiacuteculo en

su versioacuten final el Research Journal enviaraacute al autor las pruebas para su revisioacuten ECORFANreg

uacutenicamente aceptaraacute la correccioacuten de erratas y errores u omisiones provenientes del proceso de edicioacuten

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La Direccioacuten de ECORFAN-Meacutexico SC reivindica a los Autores de Artiacuteculos que su contenido debe

ser original ineacutedito y de contenido Cientiacutefico Tecnoloacutegico y de Innovacioacuten para someterlo a evaluacioacuten

Los Autores firmantes del Artiacuteculo deben ser los mismos que han contribuido a su concepcioacuten

realizacioacuten y desarrollo asiacute como a la obtencioacuten de los datos la interpretacioacuten de los resultados su

redaccioacuten y revisioacuten El Autor de correspondencia del Artiacuteculo propuesto requisitara el formulario que

sigue a continuacioacuten

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ndash El enviacuteo de un Artiacuteculo a Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica emana el compromiso del autor de

no someterlo de manera simultaacutenea a la consideracioacuten de otras publicaciones seriadas para ello

deberaacute complementar el Formato de Originalidad para su Artiacuteculo salvo que sea rechazado por

el Comiteacute de Arbitraje podraacute ser retirado

ndash Ninguno de los datos presentados en este Articulo ha sido plagiado oacute inventado Los

datos originales se distinguen claramente de los ya publicados Y se tiene conocimiento del testeo

en PLAGSCAN si se detecta un nivel de plagio Positivo no se procederaacute a arbitrar

ndash Se citan las referencias en las que se basa la informacioacuten contenida en el Artiacuteculo asiacute

como las teoriacuteas y los datos procedentes de otros Artiacuteculos previamente publicados

ndash Los autores firman el Formato de Autorizacioacuten para que su Artiacuteculo se difunda por los medios

que ECORFAN-Meacutexico SC en su Holding Bolivia considere pertinentes para divulgacioacuten y

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trabajo aprobaron su versioacuten final y estaacuten de acuerdo con su publicacioacuten

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contrario al punto de vista de quienes firman se expone y discute en el Artiacuteculo

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1

2

3

4

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el Comiteacute notifica a los Autores por Violacioacuten al Derecho de Autoriacutea Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de

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editorial y es inaceptable en consecuencia cualquier manuscrito que incurra en plagio seraacute eliminado y

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Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

ldquoProduccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomaterdquo

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto

SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato

ldquoEstudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemicordquo

GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano

GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

ldquoDisentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de airerdquo

SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel

TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo

ldquoModelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFTrdquo

VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y

RIVAS-CASTRO Sofiacutea

Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca

ldquoOptimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficiordquo

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y

GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

ldquoEfecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremadordquo

AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

ldquoInclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y

Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten

de ovinosrdquo

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-

LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Universidad de Guadalajara

Page 6: Revista de Energía Química y Física...ISSN 2410-3934 Revista de Energía Química y Física Volumen 6, Número 19 – Abril – Junio - 2019

Cesioacuten de Derechos

El enviacuteo de un Artiacuteculo a Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica emana el compromiso del autor de no

someterlo de manera simultaacutenea a la consideracioacuten de otras publicaciones seriadas para ello deberaacute

complementar el Formato de Originalidad para su Artiacuteculo

Los autores firman el Formato de Autorizacioacuten para que su Artiacuteculo se difunda por los medios que

ECORFAN-Meacutexico SC en su Holding Bolivia considere pertinentes para divulgacioacuten y difusioacuten de su

Artiacuteculo cediendo sus Derechos de Obra

Declaracioacuten de Autoriacutea

Indicar el Nombre de 1 Autor y 3 Coautores como maacuteximo en la participacioacuten del Articulo y sentildealar en

extenso la Afiliacioacuten Institucional indicando la Dependencia

Identificar el Nombre de 1 Autor y 3 Coautores como maacuteximo con el Nuacutemero de CVU Becario-PNPC

o SNI-CONACYT- Indicando el Nivel de Investigador y su Perfil de Google Scholar para verificar su

nivel de Citacioacuten e iacutendice H

Identificar el Nombre de 1 Autor y 3 Coautores como maacuteximo en los Perfiles de Ciencia y Tecnologiacutea

ampliamente aceptados por la Comunidad Cientiacutefica Internacional ORC ID - Researcher ID Thomson -

arXiv Author ID - PubMed Author ID - Open ID respectivamente

Indicar el contacto para correspondencia al Autor (Correo y Teleacutefono) e indicar al Investigador que

contribuye como primer Autor del Artiacuteculo

Deteccioacuten de Plagio

Todos los Artiacuteculos seraacuten testeados por el software de plagio PLAGSCAN si se detecta un nivel de plagio

Positivo no se mandara a arbitraje y se rescindiraacute de la recepcioacuten del Articulo notificando a los Autores

responsables reivindicando que el plagio acadeacutemico estaacute tipificado como delito en el Coacutedigo Penal

Proceso de Arbitraje

Todos los Artiacuteculos se evaluaraacuten por pares acadeacutemicos por el meacutetodo de Doble Ciego el arbitraje

Aprobatorio es un requisito para que el Consejo Editorial tome una decisioacuten final que seraacute inapelable en

todos los casos MARVIDreg es una Marca de derivada de ECORFANreg especializada en proveer a los

expertos evaluadores todos ellos con grado de Doctorado y distincioacuten de Investigadores Internacionales

en los respectivos Consejos de Ciencia y Tecnologiacutea el homologo de CONACYT para los capiacutetulos de

America-Europa-Asia-Africa y Oceania La identificacioacuten de la autoriacutea deberaacute aparecer uacutenicamente en

una primera paacutegina eliminable con el objeto de asegurar que el proceso de Arbitraje sea anoacutenimo y cubra

las siguientes etapas Identificacioacuten del Research Journal con su tasa de ocupamiento autoral -

Identificacioacuten del Autores y Coautores- Deteccioacuten de Plagio PLAGSCAN - Revisioacuten de Formatos de

Autorizacioacuten y Originalidad-Asignacioacuten al Consejo Editorial- Asignacioacuten del par de Aacuterbitros Expertos-

Notificacioacuten de Dictamen-Declaratoria de Observaciones al Autor-Cotejo de Artiacuteculo Modificado para

Edicioacuten-Publicacioacuten

Instrucciones para Publicacioacuten Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten

Aacuterea del Conocimiento

Los trabajos deberaacuten ser ineacuteditos y referirse a temas de Quiacutemica analiacutetica quiacutemica farmaceacuteutica quiacutemica

fiacutesica quiacutemica inorgaacutenica quiacutemica macromolecular quiacutemica nuclear fiacutesica de fluidos fiacutesica

estadiacutestica fiacutesica molecular fiacutesica teoacuterica y a otros temas vinculados a las Biologiacutea y Quiacutemica

Presentacioacuten del Contenido

Como pimer artiacuteculo presentamos Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de

residuos de planta de jitomate por CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan

Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML con adscripcioacuten en la

Universidad de Guanajuato como segundo artiacuteculo presentamos Estudio de la evolucioacuten de C N Chl

en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico por GUZMAacuteN-

PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y

MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea con adscripcioacuten en el Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

como tercer artiacuteculo presentamos Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire por SORIA-MEJIacuteA Sandra

Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

con adscripcioacuten en el Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo como cuarto artiacuteculo presentamos

Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos

DFT por VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-

CASTRO Sofiacutea con adscripcioacuten en el Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero y el

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca como quinto artiacuteculo presentamos Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en

proceso de beneficio por ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y

GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar con adscripcioacuten en la Universidad Tecnoloacutegica de Parral

como sexto artiacuteculo presentamos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de

queso tipo panela descremado por AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y

ROMO Carlos como uacuteltimo artiacuteculo presentamos Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos

de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en

la alimentacioacuten de ovinos por DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa

GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique con adscripcioacuten en la Universidad de

Guadalajara

Contenido

Artiacuteculo Paacutegina

Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomate

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto

SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato

1-12

Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico

GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE

Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

13-21

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-

MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo

22-30

Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFT VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-

CASTRO Sofiacutea

Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca

31-38

Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-

DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

39-43

Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremado

AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

44-51

Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y

Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten

de ovinos

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA

Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Universidad de Guadalajara

52-61

1

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 1-12

Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomate

Hydrogen production from anaerobic digestion of tomatorsquos plant waste

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Saraidagger MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES

Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato Carretera Irapuato-Silao Km 9 CP 36500 Irapuato Gto Meacutexico

ID 1er Autor Sarai Camarena-Martiacutenez ORC ID 0000-0002-0681-6364 CVU CONACYT ID 495584

ID 1er Coautor Juan Humberto Martiacutenez-Martiacutenez ORC ID 0000-0002-6325-3553 CVU CONACYT ID 335602

ID 2do Coautor Adriana Saldantildea-Robles ORC ID 0000-0001-8871-1621 CVU CONACYT ID 224323

ID 3er Coautor Graciela ML Ruiz-Aguilar ORC ID 0000-0001-9460-1429 CVU CONACYT ID 122467

DOI 1035429JCPE2019196112 Recibido 20 de Abril 2019 Aceptado 30 Junio 2019

Resumen

Entre las alternativas de obtencioacuten de energiacutea limpia que

se estaacuten desarrollando se reconoce el hidroacutegeno (H2)

como un portador de energiacutea prometedor al poseer un alto

rendimiento energeacutetico (122 kJg) y se obtiene a partir de

residuos lignoceluloacutesicos mediante un proceso bioloacutegico

En el estado de Guanajuato se generan altas cantidades de

residuos de planta derivados del cultivo de jitomate al ser

el cultivo que mayormente se produce mediante

agricultura protegida en el estado Por lo que el objetivo

del presente estudio fue el aprovechar residuos de planta

de jitomate para la generacioacuten de hidroacutegeno a traveacutes del

proceso de digestioacuten anaerobia Se evaluaron dos fuentes

de inoacuteculo microflora nativa de la planta de jitomate y

lodo anaerobio pretratado a 100degC por 24 h y cuatro

medios minerales a un pH inicial de 65 plusmn 02 en

experimentos en lote El rendimiento maacutes alto fue de 374

mLH2 g SV usando microflora nativa y medio mineral

con extracto de levadura Se logroacute una produccioacuten de

hidroacutegeno similar a lo reportado en la literatura para otros

residuos destacando en nuestro caso el ser innecesario el

pretratamiento del sustrato o del inoacuteculo Por lo que la

metodologiacutea propuesta resulta eficiente para la produccioacuten

de hidroacutegeno a partir de la planta de jitomate

Hidroacutegeno Digestioacuten anaerobia Planta de jitomate

Abstract

Hydrogen (H2) is recognized as a promising energy carrier

among the alternatives for obtaining clean energy since it

has a high energy efficiency (122 kJ g) and can be

obtained from lignocellulosic waste through a biological

process In the state of Guanajuato high amounts of plant

waste derived from tomato cultivation are generated

because this is the crop mostly produced through protected

agriculture So the objective of the present study was to

consider tomato plant residues for the generation of

hydrogen through the anaerobic digestion process Two

sources of inoculum native microflora of the tomato plant

and anaerobic sludge pretreated at 100 deg C for 24 h and

four mineral media at an initial pH of 65 plusmn 02 in batch

experiments were evaluated The highest yield was 374

mLH2 g SV using native microflora and mineral media

with yeast extract Hydrogen production was found like

those reported in the literature for other type of waste

highlighting the no-need to pretreat the substrate or

inoculum Therefore the methodology propose is efficient

to the hydrogen production from tomato plant residues

Hydrogen Anaerobic digestion Tomato

Citacioacuten CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y

RUIZ-AGUILAR Graciela ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 1-12

Correspondencia del Autor (Correo electroacutenico gracielarugtomx)

dagger Investigador contribuyendo como primer Autor

ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

2

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 1-12

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela

ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El hidroacutegeno posee un alto contenido de energiacutea

por unidad de peso (122 MJ Kg) y su

combustioacuten no genera emisiones de CO2 lo cual

lo hace una alternativa de produccioacuten de energiacutea

amigable con el medio ambiente (Jain et al

2010) Sin embargo alrededor del 90 del

hidroacutegeno producido se obtiene mediante

procesos electroquiacutemicos y termoquiacutemicos que

requieren altos consumos de energiacutea y de

combustibles foacutesiles (Kapdan y Kargi 2006

Balat y Kirtay 2010) Por ello en los uacuteltimos

antildeos las investigaciones se han enfocado en la

obtencioacuten de hidroacutegeno mediante procesos

bioloacutegicos como la biofotoacutelisis la

fotofermentacioacuten y la fermentacioacuten oscura ya

que se pueden llevar a cabo en condiciones

ambientales y requieren mucho menos consumo

de energiacutea (Guo et al 2010)

La fermentacioacuten oscura es

particularmente atractiva porque no necesita

energiacutea lumiacutenica no tiene problemas de

inhibicioacuten por la presencia de oxiacutegeno requiere

pequentildeos voluacutemenes de reactor y se puede llevar

a cabo con un bajo costo de capital en

comparacioacuten con los procesos de biofotolis y

fotofermentacioacuten (Levin et al 2004 Nath y

Das 2004 Pandey et al 2013)Otra ventaja

muy importante del proceso de fermentacioacuten

oscura es que se pueden aprovechar residuos

agriacutecolas como materia prima para la produccioacuten

de hidroacutegeno

Los residuos agriacutecolas son una fuente

prometedora debido a su abundancia

distribucioacuten en todo el mundo y a su bajo costo

(Guo et al 2010) La utilizacioacuten de bagazo de

cantildea de azuacutecar paja de trigo planta de sorgo

paja de maiacutez entre otros se ha estudiado en los

uacuteltimos antildeos (Li y Chen 2007 Ivanova et al

2009 Fangkum y Reungsang 2011 Peacuterez et al

2015)

Existen otros cultivos que poseen un alto

impacto econoacutemico y en la generacioacuten de

residuos como es el cultivo de jitomate Meacutexico

es el principal proveedor a nivel mundial de

jitomate con una participacioacuten en el mercado

internacional de 251 del valor de las

exportaciones mundiales (SAGARPA 2017)

No obstante desde su cultivo hasta su

procesamiento se generan desechos que carecen

de valor comercial y no tienen una adecuada

disposicioacuten

Hasta el momento la informacioacuten

disponible sobre la produccioacuten de hidroacutegeno a

partir de residuos de planta de jitomate se

encuentra muy limitada y aun no se ha evaluado

la variacioacuten de distintos factores que afectan el

rendimiento de H2 a partir de este sustrato como

el tipo de inoacuteculo y la composicioacuten del medio

Estos son paraacutemetros importantes que afectan la

evolucioacuten de las viacuteas fermentativas (Wang y

Wan 2009 De Gioannis et al 2013) Bajo este

panorama se estudiaron dos fuentes de inoacuteculo

microflora nativa de la planta de jitomate y lodo

anaerobio pretratado a 100 degC por 24 h y cuatro

medios minerales en experimentos en lote para

conocer su efecto en la produccioacuten de hidroacutegeno

Metodologiacutea a desarrollar

La metodologiacutea que se siguioacute se resume en la

Figura 1 Se llevoacute a cabo la recoleccioacuten y

molienda del sustrato y para la evaluacioacuten de la

produccioacuten de hidroacutegeno se consideraron dos

variables el tipo de inoacuteculo y el tipo de medio

mineral El biogaacutes producido se cuantificoacute

mediante cromatografiacutea de gases

Figura 1 Metodologiacutea general para la produccioacuten de H2 a

partir de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Recoleccioacuten de la parte aeacuterea de

la planta de jitomate

Molienda

(Tamiz 20)

Produccioacuten de H2

Evaluacioacuten del tipo

de medio mineral

Evaluacioacuten del tipo

de inoacuteculo

A B C D Lodo

anaerobio

(LA)

Microflora nativa de

la planta de jitomate

(Nat)

Medicioacuten de la cantidad y composicioacuten

del biogaacutes por cromatografiacutea de gases

3

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ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Sustratos e inoacuteculo

El sustrato consistioacute en la parte aeacuterea de la planta

y fue recolectado al termino del ciclo de vida en

las instalaciones de la Expo agroalimentaria

ubicados en la ciudad de Irapuato Gto La

variedad de planta de jitomate fue Saladette

Las plantas se secaron bajo sol durante

15 diacuteas hasta llegar a una humedad entre 6 y

10 La planta seca se molioacute en un molino

agriacutecola de martillos y se dejoacute almacenada a

temperatura ambiente hasta su uso

Posteriormente para los anaacutelisis de

caracterizacioacuten y de produccioacuten de biogaacutes se

utilizoacute un molino marca SURTEK y un tamiz

para conseguir un tamantildeo de partiacutecula de

aproximadamente 085 mm

El inoacuteculo empleado consistioacute en lodo

anaerobio que fue recolectado de un biodigestor

tipo bolsa de geomembra de 1000 L el cual se

alimenta con estieacutercol vacuno y es operado a

temperatura ambiente El biodigestor se

encuentra ubicado en las instalaciones de la

Divisioacuten Ciencias de la Vida El inoacuteculo

recolectado se desgasificoacute a temperatura

ambiente (197 plusmn 70 degC) por un periodo de 10

diacuteas Posteriormente este lodo se pretrato a 100

degC por un periodo de 24 h para emplearlo como

inoacuteculo LA en los experimentos de produccioacuten

de hidroacutegeno

Meacutetodos analiacuteticos

Para la caracterizacioacuten del sustrato se

realizaron los siguientes anaacutelisis soacutelidos totales

y soacutelidos volaacutetiles carbono orgaacutenico

carbohidratos estructurales (celulosa

hemicelulosa y lignina) nitroacutegeno total

Kjeldahl demanda quiacutemica de oxiacutegeno y pH

Ademaacutes se determinoacute el contenido de ST y SV

del inoacuteculo

El contenido de carbono orgaacutenico se

realizoacute por el meacutetodo de ignicioacuten de acuerdo con

Dean 1974 la determinacioacuten de carbohidratos

estructurales se hizo mediante la metodologiacutea de

van Soest et al 1973 y el pH por medio del

meacutetodo reportado por Kang et al 2014 El

contenido de nitroacutegeno total Kjeldahl DQO

mediante el meacutetodo de reflujo cerrado y

contenido de soacutelidos totales y soacutelidos volaacutetiles se

realizoacute seguacuten los meacutetodos estaacutendares (APHA

2005)

Produccioacuten de H2

Se evaluaron dos fuentes de inoacuteculo microflora

nativa de la planta de jitomate (Inoacuteculo Nat) y

lodo anaerobio pretratado a 100 degC por 24 h

(Inoacuteculo LA) y cuatro medios minerales (A B

C y D) cuya composicioacuten se indica en la Tabla

1 El medio mineral D corresponde al medio

mineral reportado por Lara et al 2014 y los

medios minerales A B y C presentan una

modificacioacuten con respecto al medio mineral D

ya sea en la cantidad antildeadida de fosfatos yo en

la adicioacuten de extracto de levadura

El medio mineral usualmente posee

capacidad tampoacuten (Angelidaki et al 2004

Angelidaki et al 2009) y esta puede estar dada

por el buffer de fosfatos el cual es el maacutes

empleado en los experimentos de produccioacuten de

H2 por digestioacuten anaerobia (Lin y Lay 2004 Lin

et al 2011) Con la finalidad de aminorar costos

y evitar una saturacioacuten de fosfatos en el medio

(Cubillos et al 2010 Zhao et al 2010 Liu et

al 2015 Xu et al 2016) se optoacute por utilizar la

propuesta de Lara et al 2014 (0075M medio

mineral D) y otras dos concentraciones 002M

(medio mineral B y C) y 01M (medio mineral

A)

Por otro lado se recomienda la adicioacuten

de vitaminas al medio mineral especialmente

cuando se manejan residuos agriacutecolas para evitar

inhibicioacuten por sustrato de la digestioacuten

(Angelidaki et al 2004 Lindorfer et al 2007

Angelidaki et al 2009)

El extracto de levadura posee vitaminas

del complejo B y ademaacutes constituye una fuente

de nitroacutegeno por lo que es muy usado en los

medios minerales en conjunto con otras fuentes

de nitroacutegeno (Fan et al 2006 Ivanova et al

2009 Li y Chen 2007 Li et al 2012)

4

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Medio

mineral Composicioacuten de medio mineral por litro

A

KH2PO4 46 g K2HPO4 100 g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

B

KH2PO4 20 g K2HPO4 092 g Extracto de

levadura 15 gL MgCl2middot6H2O 01g CaCl2

002 g MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O

0025g CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O

0125mg

C

KH2PO4 20 g K2HPO4 092 g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

D

KH2PO4 48g K2HPO4 698g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

Tabla 1 Tipos de medio mineral evaluados para la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de residuos de planta de

jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Los experimentos se llevaron a cabo en un

reacutegimen en lote a un pH inicial de 65 plusmn 02 Se

adiciono 159 plusmn 002 g de planta de jitomate seca

y molida por cada 100 mL de mezcla

(equivalente a 106 g SV sustratoL) El volumen de

trabajo fue de 80 mL manejando y un ldquoespacio

de cabezardquo de 40 mL Los reactores se incubaron

a 37degC durante un periodo de 15 diacuteas en

condiciones estaacuteticas Para los tratamientos en

los que se empleoacute Inoacuteculo LA se antildeadioacute la

cantidad 124 plusmn 002 g de inoacuteculo pretratatado y

molido por cada 100 mL de mezcla (equivalente

a 625 g SV inoacuteculoL) Cada tratamiento se realizoacute

por duplicado

El control negativo consistioacute en inoacuteculo

LA pretratado a 100 degC por 24 h sin antildeadir

sustrato y se agregoacute el medio mineral Lara et al

2014 para completar a un volumen de 80 mL

El anaacutelisis de cromatografiacutea de gases para

la deteccioacuten de H2 O2 N2 y CH4 se realizoacute

tomando 30 μL del gas presente en el ldquoespacio

de cabezardquo de cada botella Este se analizoacute en un

cromatoacutegrafo PerkinElmer reg modelo Clarus

580 con una columna capilar Elite CG GS-

MOSIEVE 52 (30m x 053 mm x 50 μm) y un

detector tipo TCD Las temperaturas del

inyector horno y detector fueron 150 50 y 200

degC respectivamente Se utilizoacute argoacuten como fase

moacutevil a una presioacuten de 14 psi

Para analizar las diferencias significativas

entre cada uno de los tratamientos se manejoacute un

disentildeo factorial 2x4 y el meacutetodo de Tukey con

un valor alfa de 5 mediante el software de

Statgraphics Centurion XVI

Resultados

Caracterizacioacuten fisicoquiacutemica

Los resultados de la caracterizacioacuten

fisicoquiacutemica de la parte aacuterea de la planta de

jitomate se muestran en la Tabla 3 En cuanto a

la determinacioacuten del contenido de ST y SV del

lodo anaerobio fresco sin pretratar se obtuvo

1350 plusmn 074 en base huacutemeda y 5068 plusmn 370

en base seca respectivamente Posteriormente

este lodo se pretratoacute a 100 degC por un periodo de

24 h para emplearlo como inoacuteculo LA en los

tratamientos T1 T3 T5 y T7 (Tabla 2)

Rendimiento de H2 y contenido de H2 en el

biogas

Solo en tres tratamientos se detectoacute produccioacuten

de H2 en el biogaacutes (T4 T7 y T8) En el

tratamiento T4 se obtuvo el mayor rendimiento

de 374 mL H2 g SV (Tabla 4)

La produccioacuten de H2 en el tratamiento T4

se detectoacute a partir de la medicioacuten realizada a las

63 horas Para los tratamientos T7 y T8 se

detectoacute hasta la medicioacuten realizada a las 135

horas Esto indica que los microorganismos

tardan maacutes tiempo en adaptarse en las

condiciones manejadas en los tratamientos T7 y

T8 comparado con las establecidas en T4 En el

caso de los tratamientos T4 y T7 no se observa

produccioacuten de hidroacutegeno a las 327 h en cambio

en el tratamiento T8 la produccioacuten continua

incluso despueacutes de haber transcurridos 15 diacuteas

(Grafico 1)

En el tratamiento T4 durante las

primeras 135 horas de incubacioacuten se obtuvo una

concentracioacuten de hidroacutegeno arriba del 60 y a

partir de la medicioacuten realizada a las 183 h se

observoacute una disminucioacuten significativa de la

concentracioacuten Para el tratamiento T7 el pico

maacutes alto de concentracioacuten se detectoacute a las 135 h

y a partir de la siguiente medicioacuten se observoacute una

disminucioacuten gradual de la concentracioacuten de

hidroacutegeno (Grafico 2)

5

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Clave Medio mineral Inoacuteculo

T1 A LA

T2 A Nat

T3 B LA

T4 B Nat

T5 C LA

T6 C Nat

T7 D LA

Tabla 2 Tratamientos para evaluar la produccioacuten de H2 en

experimentos en lote a partir de residuos de planta de

jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Paraacutemetros Planta de jitomate

CN 1986 plusmn 067

ST ()1 9074 plusmn 014

SV ()2 7359 plusmn 014

Celulosa ()2 2857 plusmn 140

Hemicelulosa ()2 842 plusmn 108

Lignina ()2 749 plusmn 113

Azuacutecares reductores2 170 plusmn 018

DQO ( mg g SV) 78796 plusmn 2697

pH 660 plusmn 006 1 Porcentaje base huacutemeda 2 Porcentaje base seca

Tabla 3 Caracterizacioacuten fisicoquiacutemica de la planta

recolectada de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Clave Medio

mineral Inoacuteculo

Rendimiento

Biogaacutes (mL g

SV)

Rendimiento

H2 (mL g

SV)

T1 A LA 255 plusmn 42 00

T2 A Nat 336 plusmn 11 00

T3 B LA 749 plusmn15 00

T4 B Nat 578 plusmn 48 374 plusmn 48

T5 C LA 276 plusmn 30 00

T6 C Nat 60 plusmn 04 00

T7 D LA 286 plusmn 27 50 plusmn 20

T8 D Nat 252 plusmn 71 93 plusmn 75

Tabla 4 Rendimientos de produccioacuten de biogaacutes e

hidroacutegeno obtenido en cada tratamiento para la produccioacuten

de H2 en experimentos en lote a partir de residuos de planta

de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

En el caso del tratamiento T8 el

contenido de H2 fue incrementando

gradualmente durante el periodo de 15 diacuteas El

contenido de hidroacutegeno en el biogaacutes total

producido fue del 65 18 y 37 en los

tratamientos T4 T7 y T8 respectivamente De

manera que en el tratamiento T4 se obtuvo la

maacutes alta concentracioacuten de hidroacutegeno en el biogaacutes

pero la produccioacuten maacutes duradera se observoacute en

el tratamiento T8 (Grafico 2) Alemahdi et al

2015 evaluaron la produccioacuten de H2 usando

como sustrato paja de arroz en codigestioacuten con

lodos activados de aguas residuales

Ellos obtuvieron una concentracioacuten de

hidroacutegeno en el biogaacutes de 695 el cual es un

valor cercano a lo obtenido en el tratamiento T4

Dhanasekar et al 2018 reportaron un contenido

de H2 en el biogaacutes del 18 a partir de tallo de

sorgo y usando la cepa Bacillus subtilis

AUChE413 para llevar a cabo la fermentacioacuten

Este porcentaje es igual al obtenido en el

tratamiento T7 de nuestro estudio Otros autores

mencionan rangos de concentracioacuten de H2 entre

el 44 y 57 a partir de residuos de tallo de maiacutez

(Zhang et al 2007 Fan et al 2008) Por lo cual

nuestros resultados obtenidos son similares a lo

reportado en la literatura y en base a esto el

porcentaje de H2 en el biogaacutes obtenido en el

tratamiento T4 puede ser considerado de una alta

concentracioacuten

Efecto del tipo de inoacuteculo sobre la produccioacuten

de hidroacutegeno

El tipo de inoacuteculo tuvo efecto significativo sobre

la produccioacuten de hidroacutegeno (P lt 005) siendo el

inoacuteculo Nat el que mostroacute un mayor rendimiento

(ver Anexo Tabla 1 y Tabla 2)

Estos resultados difieren con lo reportado

por Peacuterez 2015 los cuales evaluaron cuatro

consorcios microbianos como inoacuteculo para la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de paja de trigo

Los consorcios se obtuvieron a partir de

muestras de suelo de jardiacuten rumen de vaca lodo

anaerobio y la microflora nativa de la paja de

trigo Se reportoacute que el maacutes alto rendimiento se

obtuvo de los reactores inoculados con lodo

anaerobio seguido de la flora nativa de la paja de

trigo No obstante en este estudio el lodo

anaerobio no recibioacute ninguacuten tipo de

pretratamiento

El menor rendimiento de produccioacuten de

H2 a partir de lodos anaerobios (Inoculo LA)

comparado con el obtenido a partir de la

microflora nativa de la planta de jitomate

(Inoacuteculo Nat) pudo ser causado por el

pretratamiento teacutermico aplicado al Inoacuteculo LA

que provoco una disminucioacuten en la diversidad

microbiana

6

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Grafico 1 Cineacuteticas de produccioacuten de hidroacutegeno

acumulado en los tratamientos T4 T7 y T8 durante 15 diacuteas

de incubacioacuten

Fuente Elaboracioacuten Propia

Grafico 2 Contenido de hidroacutegeno () en los tratamientos

T4 T7 y T8 durante 15 diacuteas de incubacioacuten

Fuente Elaboracioacuten Propia

En la literatura se mencionan diferentes

condiciones de pretratamiento teacutermico con la

finalidad de eliminar cepas consumidoras de

hidroacutegeno las cuales no forman endoesporas y

por ello no logran sobrevivir a altas temperaturas

por tiempos prolongados (Fang et al 2002 Liu

et al 2002 Duangmanee et al 2007 Kanso et

al 2011)

Sin embargo estos tratamientos teacutermicos

pueden llegar a ser poco tolerantes para la mayor

parte de los microorganismos presentes en los

lodos anaerobios lo que trae como consecuencia

una disminucioacuten alta de la diversidad microbiana

(Navarro et al 2016) Esto implica que las viacuteas

metaboacutelicas disponibles son menos diversas lo

que dificulta la degradacioacuten del sustrato (Tracy

et al 2014 Vanwonterghem et al 2014a)

Asimismo un consorcio productor de hidroacutegeno

con menos especies podriacutea disminuir la

estabilidad ante perturbaciones o invasiones

ambientales (Shade et al 2012

Vanwonterghem et al 2014b)

La aplicacioacuten de pretratamiento teacutermicos

a maacutes bajas temperaturas (80-90 degC) puede ser

recomendable para incrementar la concentracioacuten

de cepas productoras de hidroacutegeno sin alterar

significativamente las interacciones sintroacuteficas

entre cada grupo microbiano que conforma el

inoacuteculo

Efecto de la composicioacuten del medio mineral

sobre la produccioacuten de hidroacutegeno

De acuerdo con el ANOVA realizado la

composicioacuten del medio mineral tuvo un efecto

significativo en el rendimiento de H2 (P lt 005)

(ver Anexo Tabla 6 y Tabla 8)

No se detectoacute produccioacuten de hidroacutegeno al

emplear el medio mineral A Esto pudo deberse

a la alta concentracioacuten de fosfatos que afecto la

actividad metaboacutelica de la microflora del

Inoacuteculo LA y del inoacuteculo Nat ya que este medio

se preparoacute con la mayor concentracioacuten de

fosfatos (01 M) El fosfato es un nutriente

inorgaacutenico importante para el crecimiento

microbiano Las principales funciones del

fosforo es la generacioacuten de energiacutea en forma de

trifosfato de adenosina (ATP) y la regulacioacuten de

la capacidad amortiguadora del sistema celular

(Lin y Lay 2004)

Un aumento en la concentracioacuten de

fosfato resulta en un aumento de la capacidad de

las bacterias para producir hidroacutegeno Sin

embargo concentraciones demasiado altas de

fosfato podriacutean causar inhibicioacuten por el aumento

de la produccioacuten de aacutecidos grasos volaacutetiles lo

cual no es deseable ya que esto desviacutea los

reductores celulares de la produccioacuten de

hidroacutegeno (Lay et al 2005 Bisaillon et al

2006 Chandrasekhar et al 2015) No obstante

en la medicioacuten de pH despueacutes de 15 diacuteas de

incubacioacuten no se detectoacute una disminucioacuten

significativa del mismo para estos tratamientos

Seguacuten algunos protocolos establecidos

para llevar a cabo pruebas de digestioacuten anaerobia

a escala laboratorio se recomienda antildeadir una

mezcla de vitaminas del complejo B (biotina

aacutecido foacutelico riboflavina aacutecido pantotenico

entre otros) en la preparacioacuten del medio mineral

para evitar la inhibicioacuten del crecimiento de los

microrganismos por la ausencia de estos

nutrientes en sustratos no convencionales

(Madigan et al 2000 Angelidaki et al 2004

Angelidaki et al 2009)

00

100

200

300

400

0 100 200 300 400

Ren

dim

iento

de

H2

(mL

H2

g S

V s

ust

rato

)

Tiempo (h)

T4

T7

T8

0

01

02

03

04

05

06

07

0 100 200 300 400

Co

nte

nid

o d

e H

2(

)

Tiempo (h)

T4

T7

T8

7

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El extracto de levadura es un extracto

soluble en agua formado por el autolisado de

ceacutelulas de levaduras y es un producto rico en

vitaminas especialmente del complejo B

aminoaacutecidos y otros factores de crecimiento En

el tratamiento T4 se empleoacute inoacuteculo Nat en

medio mineral B el cual contiene extracto de

levadura (15 gL) y se observoacute una produccioacuten

de hidroacutegeno maacutes temprana con respecto al

tratamiento T8 en el cual se usoacute inoacuteculo Nat en

medio mineral D que no contiene extracto de

levadura Esto indica que en nuestros

experimentos el extracto de levadura juega un

papel importante en la adaptacioacuten del inoacuteculo

Nat a las condiciones establecidas

Por otro lado el extracto de levadura

constituye una fuente orgaacutenica de nitroacutegeno al

igual que la peptona Li y Chen 2007 evaluaron

la produccioacuten de biohidroacutegeno a partir de paja de

maiacutez mediante Clostridium butytiricum AS1209

usando tres diferentes fuentes de nitroacutegeno

NH4HCO3 urea y extracto de levadura en el

medio mineral En su estudio los rendimientos

de hidroacutegeno al usar fuentes de nitroacutegeno

orgaacutenico (urea y extracto de levadura) fueron

mucho maacutes altos que al emplear una fuente de

nitroacutegeno inorgaacutenico (NH4HCO3) Esto tambieacuten

fue reportado por Ueno et al 2001 y Ferchichi

et al 2005

Kalil et al 2009 reportaron que la

adicioacuten de fuentes de nitroacutegeno orgaacutenicas mejora

el crecimiento celular con respecto a fuentes de

nitroacutegeno inorgaacutenico usando Clostridium

acetobutylicum como inoacuteculo y Zhang et al

2014 mencionan que el incremento gradual de

extracto de levadura disminuye el tiempo de la

fase de latencia empleando lodo activado como

inoacuteculo

Por lo que la adicioacuten de extracto de

levadura promueve una mejor adaptacioacuten de los

microorganismos para consumir el sustrato lo

que conlleva a una mayor produccioacuten de

hidroacutegeno o la obtencioacuten de biogaacutes con una

mayor concentracioacuten de hidroacutegeno (Kalil et

al2009 Alvarado-Cuevas et al 2013 Zhang et

al 2014)

Sustra

to

Pretratamie

nto de

sustrato

Inoacuteculo Pretratamie

nto de

inoacuteculo

Rendimie

nto

(mL H2 g

SV)

Referenc

ia

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Lodo

anaerobio

Sin

pretratamien

to

106 mL Peacuterez et

al 2015

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Microflora

nativa

Sin

pretratamien

to

70

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Composta

de estieacutercol

vacuno

Teacutermico 10 Fan et

al 2006

Paja de

trigo

HCl +

Calentamiento de

microondas

Composta

de estieacutercol vacuno

Teacutermico 680

Paja de

trigo

Enzimaacutetico

epa

Trichoderm

a

Lodo

anaerobio

Teacutermico

90degC 10

min

155 Queacutemeacutene

ur et al

2012

Pasto Ensilado

fermentacioacute

n con aacutecido

laacutectico pH lt40

Microflora

nativa

Ensilado 378plusmn58m

L H2 g

ensilado

Li et al

2012

Ensilad

o de

pasto

Quiacutemico

4 NaOH

24 h 20degC

Lodo

anaerobio

Teacutermico

hervido 30

min

65 Pakarine

n et al

2009

Paja de

maiacutez

Sin

pretratamien

to

C

butyricum

AS1209

Sin

pretratamien

to

90 Li y

Chen

2007

Paja de

maiacutez

15 MPa 10

min

C

butyricum

AS1209

Sin

pretratamien

to

680

Planta

de

sorgo

130degC 30

min

C

saccharolyti

cus (DSM8903)

Sin

pretratamien

to

324 Ivanova

et al

2009

Planta

de

jitomat

e

Sin

pretratamien

to

Microflora

nativa

Sin

pretratamien

to

374 (T4) y

93 (T8)

Este

estudio

Planta

de

jitomat

e

Sin

pretratamien

to

Lodo

anaerobio

Teacutermico

100degC 24 h 50 (T7)

Tabla 5 Rendimiento de produccioacuten de hidroacutegeno a partir

de residuos lignocelulosicos

Fuente Elaboracioacuten Propia

En nuestro estudio se obtuvo un mayor

rendimiento al emplear inoacuteculo Nat en medio

mineral B suplementado con extracto de

levadura (T4) que al usar medio mineral C (T6)

o medio mineral D (T8) tratamientos en los

cuales se adicionoacute una fuente de nitroacutegeno

inorgaacutenica (NH4Cl)

No obstante el inoacuteculo LA mostroacute un

comportamiento diferente con respecto al

inoacuteculo Nat ya que eacuteste no tuvo una mejora en

la produccioacuten de hidroacutegeno al adicionar extracto

de levadura El uacutenico medio mineral con el cual

se obtuvo produccioacuten de hidroacutegeno a partir de

este consorcio bacteriano fue el medio mineral

D

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Comparacioacuten de rendimientos de produccioacuten

de hidroacutegeno con respecto a otros estudios

El rendimiento obtenido en los tratamientos T4

T7 y T8 fue similar con respecto a lo reportado

por otros autores los cuales indican un

rendimiento de 10 a 680 mLg SV a partir de

residuos lignoceluloacutesicos como paja de maiacutez

paja de trigo planta de sorgo y ensilado de pasto

(Li y Chen 2007 Ivanova et al 2009 Pakarinen

et al 2009 Li et al 2012 Queacutemeacuteneur et al

2012 Peacuterez et al 2015) Con respecto al estudio

realizado por Peacuterez et al 2015 en el que se usoacute

como inoacuteculo microflora nativa procedente del

sustrato nuestro rendimiento obtenido en el

tratamiento T4 fue superior

En cambio en los estudios en los que se

llevoacute a cabo un pretratamiento teacutermico o

quiacutemico del sustrato con o sin pretratamiento del

inoacuteculo (Fan et al 2006 Li y Chen 2007) el

rendimiento que se obtuvo en nuestro estudio a

partir de planta de jitomate es inferior Para los

estudios en los cuales se llevoacute a cabo un

pretratamiento bioloacutegico del sustrato ya sea

ensilado o enzimaacutetico (Li et al 2012

Queacutemeacuteneur et al 2012) el rendimiento

conseguido en dichas investigaciones fue similar

al nuestro (Tabla 4 y 5)

Es importante resaltar que el maacutes alto

rendimiento obtenido en nuestro estudio (374

mL H2g SV) se dio en el tratamiento en que se

empleoacute microflora nativa (T4) es decir no fue

necesario antildeadir un inoacuteculo externo Ademaacutes no

se llevoacute a cabo ninguacuten tipo de pretratamiento

teacutermico bioloacutegico o quiacutemico del sustrato

Fuente Suma de

Cuadrados Gl

Cuadrado

Medio

Razoacuten-

F

Valor-

P

Efectos Principales

AInoacuteculo 464403 1 464403 4464 00002

BMedio Mineral 956527 3 318842 3065 00001

Interacciones

Ab 992527 3 330842 3180 00001

Residuos 8322 8 104025

Total (Corregido) 249668 15

Tabla 6 Anaacutelisis de Varianza para evaluar el efecto del

tipo de ldquoInoacuteculordquo y ldquoMedio mineralrdquo para la produccioacuten

de H2 (mL H2 g SV) a partir de la digestioacuten anaerobia de

residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Anexos

Meacutetodo 950 porcentaje Tukey HSD

Inoacuteculo Casos Media

LS

Sigma

LS

Grupos

Homogeacuteneos

LA 8 12 114031 X

Nat 8 11975 114031 X

Contraste Sig Diferencia +- Liacutemites

LA - Nat -10775 371878

indica una diferencia significativa

Tabla 7 Pruebas de Muacuteltiple Rangos para la Produccioacuten

de H2 (mL H2g SV) por factor ldquoInoacuteculordquo a partir de la

digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Meacutetodo 950 porcentaje Tukey HSD

Medio

mineral

Casos Media

LS

Sigma

LS

Grupos

Homogeacuteneos

C 4 0 161265 X

A 4 0 161265 X

D 4 745 161265 X

B 4 189 161265 X

Contraste Sig Diferencia +- Liacutemites

A - B -189 730076

A - C 0 730076

A - D -745 730076

B - C 189 730076

B - D 1145 730076

C - D -745 730076

indica una diferencia significativa

Tabla 8 Pruebas de Muacuteltiple Rangos para la Produccioacuten

de H2 (mL H2g SV) por factor ldquoMedio mineralrdquo a partir

de la digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Agradecimiento

SCM agradece al Consejo Nacional de Ciencia y

Tecnologiacutea (CONACYT) por su apoyo a traveacutes

de la beca no 442714 para realizar sus estudios

de doctorado

Conclusiones

El tipo de inoacuteculo y la composicioacuten del medio

mineral tuvieron efecto significativo sobre la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de la

fermentacioacuten anaerobia de residuos de planta

jitomate El inoacuteculo procedente de la microflora

nativa de la planta de jitomate (Inoacuteculo Nat)

presenta un mejor comportamiento en la

produccioacuten de H2 con respecto al inoacuteculo

presente en el lodo anaerobio pretratado (Inoacuteculo

LA)

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La adicioacuten de extracto de levadura

mejoroacute la adaptacioacuten de los microorganismos

que conforman el Inoacuteculo Nat lo cual se vio

reflejado en una mayor produccioacuten a un menor

tiempo de incubacioacuten Por otro lado a una

concentracioacuten de buffer fosfatos de 0075 M se

observoacute produccioacuten de hidroacutegeno pero al

incrementar el valor a 01 M se presentoacute una

inhibicioacuten de la produccioacuten Por tanto el maacutes

alto rendimiento obtenido fue de 374 mL H2g

SV al emplear Inoacuteculo Nat y medio mineral con

extracto de levadura a una concentracioacuten de

buffer fosfatos de 002 M (Medio mineral B)

Para posteriores trabajos se recomienda realizar

un proceso de optimizacioacuten de la concentracioacuten

de extracto de levadura y del buffer fosfatos en

la produccioacuten de hidroacutegeno empleando

microflora nativa de la planta de jitomate En

nuestro estudio no se llevoacute a cabo ninguacuten

pretratamiento teacutermico bioloacutegico o quiacutemico al

sustrato para lograr rendimientos similares o

superiores a lo reportado en la literatura para

otros tipos de residuos lignoceluloacutesicos

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13

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Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la

irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico

Study of the evolution of C N Chl in green microalgae considering solar irradiation

through a dynamic model

GUZMAacuteN-PALOMINO Abrahamdagger AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro

Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero Tecnoloacutegico Nacional de Meacutexico

ID 1er Autor Abraham Guzmaacuten-Palomino ORC ID 0000-0001-6333-978X CVU CONACYT ID 415369

ID 1er Coautor Luciano Aguilera-Vaacutezquez ORC ID 0000-0001-8095-6528 CVU CONACYT ID 123018

ID 2do Coautor Pedro Martin Garciacutea-Vite ORC ID 0000-0002-4185-5879 CVU CONACYT ID 227310

ID 3er Coautor Ana Mariacutea Mendoza-Martiacutenez ORC ID 0000-0003-2592-9230 CVU CONACYT ID 8374

DOI 1035429JCPE20191961321 Recibido 11 de Abril 2019 Aceptado 30 de Junio 2019

Resumen

Aumentar el aprovechamiento de la irradiacioacuten solar por el

metabolismo fotosinteacutetico de microalgas verdes es necesario

para explotar su potencial como fuente de liacutepidos

carbohidratos pigmentos o compuestos aromaacuteticos como

fuente de biocombustibles o productos de intereacutes Las

microalgas expuestas a la luz solar se adaptan sintetizando

una mayor cantidad de pigmento para disipar la energiacutea

lumiacutenica incidente a su vez la sobresaturacioacuten de los

fotosistemas celulares pero reducen la eficiencia del uso de

la luz La fotoaclimatacioacuten se describe por el contenido en

masa de clorofila en relacioacuten al contenido de carbono en la

biomasa (g Chlg C) En un fotobiorreactor al aire libre la

irradiancia depende de la geografiacutea la eacutepoca del antildeo y de las

condiciones atmosfeacutericas En la presente propuesta se

establece el estudio de la generacioacuten de biomasa de

microalgas como una funcioacuten dinaacutemica de la irradiancia y los

nutrientes a partir de estequiometriacutea variable representada

como CNChl y la asimilacioacuten primaria de los nutrientes

como nitrato (N) y amonio (A) en GC Los resultados de

investigacioacuten muestran una evolucioacuten de GC NC ChlC y

la biomasa como C (carbono) en diferentes escenarios de

parametrizacioacuten mostrando resultados consistentes

Microalgas Biomasa Modelado

Abstract

Increasing the use of solar irradiation by the photosynthetic

metabolism of green microalgae is necessary to exploit its

potential as a source of lipids carbohydrates pigments or

aromatic compounds as a source of biofuels or products of

interest Microalgae exposed to sunlight are able to adapt by

synthesizing a greater amount of pigment to dissipate the

incident light energy controlling the supersaturation of

cellular photosystems but reducing the efficiency of the use

of light The photoacclimation is described by the content of

chlorophyll mass in relation to the carbon content in the

biomass (g Chl g C) In an outdoor photobioreactor

irradiance depends upon geographical location time of year

and atmospheric conditions In the present proposal the

generation of biomass is established as a dynamic function of

the nutrients represented as C NChl and the primary

assimilation of nutrients as Nitrate (N) and Ammonium (A)

The results of this research show an evolution of G C N C

Chl C and biomass as C (carbon) in different scenarios of

parameterization showing consistent results

Microalgae Biomass Modelling

Citacioacuten GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y

MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 13-21

Correspondencia del Autor (Correo electroacutenico lucianoaguileraitcmedumx)

dagger Investigador contribuyendo como primer autor

ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano

GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

Actualmente existe una preocupacioacuten derivada

del raacutepido crecimiento de la poblacioacuten mundial

y a que los avances en la tecnologiacutea han

incrementado la demanda energeacutetica la cual se

proyecta a incrementar en un 50 o maacutes para el

antildeo 2030 (Enamala et al 2018 Raheem

Prinsen Vuppaladadiyam Zhao amp Luque

2018 Shuba amp Kifle 2018)

Las reservas de petroacuteleo no pueden

compensar la tasa de consumo actual ya que es

105 veces maacutes raacutepida de lo que la naturaleza

puede proveer Adicionalmente el uso de los

combustibles foacutesiles produce emisiones de gases

de efecto invernadero y la subsecuente

acumulacioacuten de CO2 en la atmosfera lo que

produce el calentamiento global Encontrar

nuevas fuentes energeacuteticas que sean tecnoloacutegica

y econoacutemicamente viables es sumamente

importante hoy en diacutea (Enamala et al 2018

Finkel et al 2010 Raslavičius Striūgas amp

Felneris 2018 Shuba amp Kifle 2018)

Una alternativa es el uso de organismos

fotosinteacuteticos capaces de aprovechar la luz solar

para producir compuestos orgaacutenicos Entre

estos destacan las microalgas que se han

estudiado como fuente de biomasa viable para

producir biocombustibles alimentos

medicamentos entre otros productos de intereacutes

comercial (Garciacutea Vizcaiacuteno 2018 Gupta Lee

amp Choi 2015 Kenny amp Flynn 2014 2017)

Ademaacutes a traveacutes de la fotosiacutentesis las

microalgas reducen las emisiones de dioacutexido de

carbono en la atmosfera (Rizwan Mujtaba

Memon Lee amp Rashid 2018)

La luz es el factor maacutes importante

afectando la cineacutetica de la fotosiacutentesis algal En

general la mayoriacutea de los sistemas de cultivo en

masa de las microalgas estaacuten limitados por la luz

porque esta es faacutecilmente absorbida y dispersada

por las ceacutelulas de las algas (Jeon Cho amp Yun

2005 Lehmuskero Chauton amp Bostroumlm 2018

Url amp Geider 2012)

Sin embargo comprender el

comportamiento metaboacutelico de las microalgas

para producir biomasa es principalmente

importante Es por ello por lo que a continuacioacuten

se describe maacutes acerca de dicho tema La

composicioacuten quiacutemica de las ceacutelulas de las algas

variacutea con la disponibilidad de nutrientes

(Davidson 1996)

Se ha simulado el metabolismo de

diferentes tipos de fitoplancton para relacionar la

asimilacioacuten de nutrientes con la composicioacuten

quiacutemica celular Es importante utilizar modelos

realistas que reflejen el estatus de los nutrientes

apropiadamente (K Flynn amp Butler 2007

Kevin J Flynn 2001a 2001b Kevin J Flynn

2013 Lopez Ponte 2019) Este tipo de modelos

desarrollados para muacuteltiples grupos de

fitoplancton tiene utilidad potencial en su

aplicacioacuten para dilucidar informacioacuten propia del

metabolismo intracelular que tiene lugar en los

diferentes sistemas de produccioacuten de biomasa

derivada de microalgas (Kevin J Flynn 2001a)

Tradicionalmente los modelos

matemaacuteticos para el crecimiento de algas

emplean las ecuaciones de Monod o los modelos

de cocientes de Caperon y Droop (Caperon

1967) En tales modelos la mayoriacutea de los

detalles bioloacutegicos son combinados en

ecuaciones singulares Aunque tienen la ventaja

de la simplicidad pero la desventaja de que no

pueden manipular interacciones multinutritivas

por lo que pueden llegar a tener poca

aproximacioacuten a la realidad Una estrategia

alternativa es formular modelos con

componentes mecanicistas que imiten mucho

maacutes de cerca las interacciones fisioloacutegicas de las

algas(Kevin J Flynn 2001a Garciacutea-Camacho

Saacutenchez-Miroacuten Molina-Grima Camacho-

Rubio amp Merchuck 2012)

El modelo que se seleccione debe reflejar

el del sistema objetivo en una amplia gama de

factores externos y por lo tanto ser de uso maacutes

general Previamente se han descrito modelos

mecanicistas individuales para varios aspectos

de fisiologiacutea de nutrientes en el fitoplancton

como aquellos que describen la interaccioacuten el

amonio y nitrato seguidos por descripciones de

la aclimatacioacuten a la luz y liberacioacuten de nitritos y

nutricioacuten de fosfato Los modelos mecanicistas

anteriormente mencionados pueden ser

modificados para contemplar casos que

correspondan a especies y condiciones de luz

particulares Los requerimientos de un escenario

en particular dictan el nivel de detalle necesario

en el modelo de microalgas a establecer Las

caracteriacutesticas comunes incluyen el uso

generalizado de los procesos de

retroalimentacioacuten que emplean funciones

hiperboacutelicas y sigmoidales rectangulares

normalizadas a los tamantildeos maacuteximos de las

reservas de nutrientes que regulan el transporte

de los nutrientes intracelulares (K J Flynn 1997

Kevin J Flynn 2013)

15

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GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

El objetivo de este trabajo es estudiar la

evolucioacuten dinaacutemica de los cocientes de

Glutamina- Carbono (GC) Nitroacutegeno-Carbono

(NC) Clorofila-Carbono (ChlC) y el

crecimiento de biomasa (C) en microalgas

verdes a traveacutes de un modelo mecanicista que

responda a cambios de la irradiancia (DFF) y

disponibilidad de nutrientes como Amonio (A) y

Nitroacutegeno (N) utilizando herramientas de

modelado matemaacutetico para simular fenoacutemenos

como la fotoaclimatacioacuten e interacciones

multinutriente en dichos organismos El presente

modelo contiene paraacutemetros que pueden

estimarse a partir de experimentos o anaacutelisis de

datos existentes que pueden utilizarse para

reproducir escenarios particulares de simulacioacuten

que precisen significativamente el

comportamiento de algas especiacuteficos

El esquema del modelo dado en la Figura

1 contiene cuatro variables de estado

describiendo la biomasa (C) los cocientes-C de

glutamina (GC) nitroacutegeno (NC) y clorofila

(ChlC) Debido a que todos los cocientes de

nutrientes variacutean no solo con la entrada y salida

de nutriente si no tambieacuten con los cambios en la

cantidad de C (debido a la respiracioacuten y la

fotosiacutentesis) todas las ecuaciones diferenciales

para los cocientes de nutriente en relacioacuten al C

incluyen el termino de velocidad especifica de

crecimiento de Carbono Cmicro (Kevin J Flynn

2001a) Por lo tanto para los nutrientes como X

con cocientes XC (donde XC es la proporcioacuten de

masa XC) se tiene que

d

dt∙ XC =

1

119862∙

d

dt∙ X minus Cmicro

119883

119862 (1)

Figura 1 Esquema de la estructura del modelo dinaacutemico

que muestra los principales flujos dentro y fuera de las

variables de estado (flechas soacutelidas y Tabla s) de los

paraacutemetros externos (nutrientes e irradiancia DFF) Las

variables de estado y los paraacutemetros externos se explican

en las Tablas 5 y 6 respectivamente

Fuente Elaboracioacuten propia basada en (Kevin J Flynn

2001a)

Metodologiacutea

La metodologiacutea empleada para desarrollar el

presente trabajo se describe a continuacioacuten El

presente modelo ha sido desarrollado a partir de

la combinacioacuten de componentes simplificados

de modelos dinaacutemicos mecanicistas previamente

propuestos para simular el crecimiento de

fitoplancton como funciones de amonio nitrato

luz fierro silicio fosforo y temperatura Como

siguiente paso los componentes se modificaron

para personalizar la estructura omitiendo

secciones que no aplican para el objetivo de

estudio En el presente modelo no se consideran

organismos de tipo diatomeas por lo que todas

las ecuaciones referentes a el silicio del modelo

original se removieron esto debido a que las

diatomeas contienen siacutelice en su pared celular y

las microalgas verdes no

Asiacute mismo tambieacuten se omitieron aquellas

ecuaciones que hacen referencia al tamantildeo

ceacutelulas debido a que solo se llevaran a cabo

simulaciones de la biomasa C sin dicho efecto

Para estaacute primera etapa de construccioacuten del

modelo no es necesario incluir una entrada de

Fierro (Fe) por lo que tambieacuten se omitioacute dentro

del modelo Asiacute mismo las reservas orgaacutenicas e

inorgaacutenicas de fosforo no fueron consideradas

De las simplificaciones anteriores se

seleccionaron los paraacutemetros auxiliares y

constantes referentes a la descripcioacuten de la

dinaacutemica de GC NC ChlC y la produccioacuten de

biomasa C en el tiempo que podriacutea ser utilizado

en microalgas verdes

Una vez realizada la simplificacioacuten de

variables se codificoacute el modelo en GNUreg

Octave versioacuten 441 La resolucioacuten numeacuterica

del modelo se realizoacute con funcioacuten la LSODE

(Livermore Solver for ODEs) la cual resuelve

expliacutecitamente sistemas stiff y no stiff

empleando la matriz Jacobiana (Gallagher amp

Smith 2018 Hindmarsh 1982) Para la

representacioacuten graacutefica de dichas soluciones se

utilizoacute Pythonreg 371 Posteriormente se fijaron

distintos escenarios de simulacioacuten para observar

el comportamiento del modelo las cuales se

discuten en el apartado de resultados La

descripcioacuten de las ecuaciones utilizadas se

muestra a continuacioacuten La descripcioacuten de los

paraacutemetros y sus valores se puede revisar en la

seccioacuten de anexos en las tablas 5 6 7 y 8

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la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

El valor maacuteximo del transporte de

amonio varia con el estatus del N en las ceacutelulas

y estaacute representado por Atq Las pruebas

condicionales booleanas (dentro de en las

ecuaciones) toman el valor de 1 si es verdadero

y 0 si es falso Ver tablas 56 y 7

Atq = 1

NCgt A4 ∙ Um ∙ A1 (1 minus e

A2∙(1

NCminusA4)

) ∙

eA3∙(

1

NCminusA4)

(2)

El transporte del amonio (At) estaacute

limitado por Atq que a su vez es una funcioacuten

hiperboacutelica de la disponibilidad del amonio

externo y se representa por la concentracioacuten

intracelular de un producto temprano de la

asimilacioacuten inorgaacutenica de nitroacutegeno (GC)

usando una funcioacuten sigmoidal Para ello se

utilizoacute la ecuacioacuten (3) Ver tablas 5 6 7 y 8

At = (AmG minus GC) gt 0 ∙ Atq ∙A

A+Akt∙

(1minusGC

AmG)4

(1minusGC

AmG)4+AhG

(3)

Para representar el valor maacuteximo de

transporte del nitrato se utilizoacute la ecuacioacuten (4)

Ver tablas 56 y 7

Ntq = 1

NCgt A4 ∙ Um ∙ N1 (1 minus

eN2∙(1

NCminusN4)) ∙ eN3∙(

1

NCminusN4)

(4)

Las interacciones de corto plazo entre el

amonio y el nitrato estaacuten controladas por el valor

de GC GC se sintetiza usando las entradas de N

de las fuentes inorgaacutenicas de N Dichas

interacciones se plantean en la ecuacioacuten (5) Ver

tablas 5 67 y 8

Nt = (

GC lt NmG1 ∙ Ntq ∙

N

N+Nkt∙

(1minusGC

NmG1)

4

(1minusGC

NmG1)

4+NhG

) +

(

GC lt NmG2 ∙ 10 ∙ Ntq ∙

N

N+200+Nkt∙

(1minusGC

NmG2)

4

(1minusGC

NmG2)

4+NhG

) (5)

El Nitroacutegeno proveniente de amonio yo

nitrato llevan a cambios en la concentracioacuten de

glutamina GC que a su vez proporciona una

regulacioacuten de retroalimentacioacuten del transporte

Para esta descripcioacuten se utilizoacute la ecuacioacuten (6)

Ver tablas 5 6 y 7

d

dt∙ GC = At + Nt minus 2 ∙ Um ∙ NCm ∙ NCu ∙ (2 minus

NCminus1198731198620

NCmminus1198731198620) ∙

(1+119860119860119898119866)∙GC

119866119862+119860119860119898119866∙ CAAs minus GC ∙

Cmicro (6)

El nitroacutegeno proporcionado por GC es

utilizado para sintetizar todos los componentes

nitrogenados NC La velocidad de siacutentesis de

NC es una funcioacuten hiperboacutelica de GC y estaacute en

funcioacuten del estatus de nitroacutegeno actual

representado por NCmicro La ecuacioacuten 7 se utilizoacute

para representar la velocidad de siacutentesis de NC

Ver tablas 6 7 y 8

d

dt∙ NC = Um ∙ NCm ∙ NCmicro ∙ (2 minus

NCminusNC0

NCmminusNC0) ∙

(1+AAmG)∙GC

GC+AAmG∙ CAAs minus NC ∙ Cmicro (7)

Para describir la velocidad relativa de

crecimiento NCmicro se utilizoacute la ecuacioacuten (8)

Ver tablas 5 6 y 7

NCmicro = NCm gt NC ∙(NCminusNC0)

(NCminusNC0)+NCk∙

(NCminusNC0)+NCk

(NCmminusNC0)+ NC ge

NC0 (8)

La fotoaclimatacioacuten se describe por la

proporcioacuten algal de clorofila con respecto a C-

biomasa (ChlC) Para representar los cambios

en el contenido de la clorofila representada como

se utilizoacute la ecuacioacuten (9) La siacutentesis de ChlC

estaacute en funcioacuten del estatus de N (ecuacioacuten 8) La

siacutentesis de ChlC es una funcioacuten hiperboacutelica

limitada por el maacuteximo valor (ChlCm) posible

de ChlC Ver tablas 5 6 y 7

d

dt∙ ChlC = ChlCm ∙ NCmicro ∙ M ∙ Um ∙ CAAs ∙

(1 minusPS

Pqm) ∙

(1minusChlC

ChlCm)

(1minusChlC

ChlCm)+005

minus ChlC ∙ (Cmicro +

(1 minus NCmicro )) ∙ Um (9)

Para representar la maacutexima velocidad de

fotosiacutentesis Pqm se utilizoacute la ecuacioacuten (10) la

cual estaacute en funcioacuten de NC descrita por NCmicro Ver tablas 6 7 y 8

Pqm = (Um + rbasal + Ncm ∙ Um ∙ (redco +

15)) ∙ NCmicro (10)

Para representar la respiracioacuten basal se

utilizoacute la ecuacioacuten (11) La funcioacuten con NC

asegura que las ceacutelulas cesan su respiracioacuten a

altos valores NC Ver tablas 5 6 y 7

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rbasal = Um ∙ 005 ∙101(

NCmminusNC

NCmminusNC0)

(NCmminusNC

NCmminusNC0)+001

(11)

Para representar la disponibilidad de

Carbono CAAs que controla la siacutentesis de ChlC

en la oscuridad Se utilizoacute la ecuacioacuten (12) Ver

tablas 5 6 y 7

CAAs = (PS

Pqm+ Crva) lt 1 ∙ (

PS

Pqm+

Crva) + (PS

Pqm+ Crva) ge 1 (12)

Para representar la reserva de C

disponible para los procesos metaboacutelicos en la

oscuridad o a muy bajas cantidades de luz

cuando la fotosiacutentesis es inadecuada se utilizoacute la

ecuacioacuten (13) Ver tablas 5 6 y 7

Crva =(1minus

NC

Cres1)

4

(1minusNC

Cres1)

4+Cres2

(13)

Para describir la disponibilidad de C para

la siacutentesis de aminoaacutecidos y siacutentesis de clorofila

y la regulacioacuten de la reduccioacuten de nitrato a

amonio se utilizoacute la ecuacioacuten (14) Ver tablas 5

6 y 7

Nred = (PS

Pqm+ 006 ∙ Crva) lt 1 ∙

(PS

Pqm+ 006 ∙ Crva) + (

PS

Pqm+ 006 ∙

Crva) ge 1 (14)

Para describir la fotosiacutentesis con los

valores actuales de ChlC Pqm y irradiancia

(DFF) se utilizoacute la ecuacioacuten (15) Ver tablas 5

6 y 7

PS = Pqm ∙ TanH (α ∙ DFF ∙ChlC

Pqm ) (15)

La velocidad especifica de crecimiento

de C-biomasa representa el balance entre la

fotosiacutentesis y la respiracioacuten y para ello se utilizoacute

la ecuacioacuten (16) Ver tablas 5 6 y 7

Cmicro = PS minus (redco ∙ Nt + (At + Nt) ∙ 15 +rbasal) (16)

El incremento de C-biomasa esta dado

por la ecuacioacuten (17) Ver tablas 5 y 6 d

dt∙ C = C ∙ Cmicro (17)

Resultados

Los resultados de esta simulacioacuten muestran una

evolucioacuten de ChlC NC GC y C por 24 horas

en 3 escenarios de simulacioacuten distintos ver

Tabal 1 Los valores de los vectores numeacutericos

obtenidos en la simulacioacuten se pueden observar

en las tablas 2 3 y 4 respectivamente

En el Grafico 1 se puede observar los

resultados de la evolucioacuten de las variables

dinaacutemicas de ChlC NC GC y C por 24 horas

bajo condiciones saturadas de nutrientes N y A

y de irradiancia En el Grafico 2 se puede

observar los resultados de la evolucioacuten de las

variables dinaacutemicas de ChlC NC GC y C por

24 horas bajo condiciones saturadas de

nutrientes N y A y deficientes de irradiancia En

el Grafico 3 se puede observar los resultados de

la evolucioacuten de las variables dinaacutemicas de ChlC

NC GC y C por 24 horas bajo condiciones

saturadas de irradiancia pero limitadas de

nutrientes N y A

Discusioacuten de los resultados

En el grafico 1 se observa que debido a que el

nitroacutegeno como amonio (A) yo nitroacutegeno (N) de

la glutamina es la fuente para la siacutentesis de todos

los otros componentes nitrogenados en la ceacutelula

su valor decae a medida que se forman los

compuestos nitrogenados y por lo tanto se refleja

un aumento desde 007 gNgC hasta 01565206

gNgC en el valor de NC en un periodo de 24

horas Tambieacuten se observa que la velocidad de

siacutentesis de NC es una funcioacuten hiperboacutelica de

GC en funcioacuten del estado actual de NC en cada

unidad de tiempo regulado por NCu Asiacute mismo

se puede notar el decremento en el valor de la

clorofila a medida que la biomasa (C) se genera

En el graacutefico 2 se puede observar que el

valor de ChlC en ausencia de irradiancia

permanece esto puede ser debido a que no es

utilizada para la produccioacuten de biomasa El

decaimiento en la evolucioacuten dinaacutemica de la

biomasa puede deberse a la ausencia de

irradiancia para realizar los procesos

fotosinteacuteticos Asiacute mismo se observa un

decaimiento brusco de GC entre la primera y

octava hora pero despueacutes tiende a estabilizarse

por el control de retroalimentacioacuten En el graacutefico

3 se observa que el incremento de NC en el

tiempo es menor cuando las ceacutelulas son

expuestas a concentraciones bajas de nutrientes

a pesar de ello se presenta un leve incremento en

el valor de la biomasa hasta 00085307 gChlgC

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Por otra parte las interacciones de corto

plazo entre la asimilacioacuten de N y A estaacuten

controladas por el valor de GC GC se sintetiza

asiacute misma usando las entradas de las fuentes de

N provenientes del control de

retroalimentacioacuten

Escenario Paraacutemetros externos

N A DFF

1 10 10 1000

2 10 10 0

3 1 1 1000

Tabla 1 Valores de los paraacutemetros externos A N y DFF

colocados en cada escenario de simulacioacuten Ver tabla 8

Variables Valor inicial Valor final Grafico

GC 0005 00017483 gN119892minus1C

NC 007 01565206 gN119892minus1C

ChlC 009 00106285 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 00645372 microgC119897minus1C

Tabla 2 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 1 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Variables Valor inicial Valor final Unidad

GC 0005 00073072 gN119892minus1C

NC 007 01765232 gN119892minus1C

ChlC 009 00906502 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 00085307 microgC119897minus1C

Tabla 3 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 2 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Variables Valor inicial Valor final Unidad

GC 0005 000022903 gN119892minus1C

NC 007 007867897 gN119892minus1C

ChlC 009 001097006 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 001984692 microgC119897minus1C

Tabla 4 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 3 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Graacutefico 1 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 1

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Graacutefico 2 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 2

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Graacutefico 3 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 3

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Conclusiones

Se encontroacute que el modelo mecanicista

propuesto puede ser capaz de simular la

evolucioacuten dinaacutemica de los cocientes de

Glutamina- Carbono (GC) Nitroacutegeno-Carbono

(NC) Clorofila-Carbono (ChlC) y el

crecimiento de biomasa (C) en microalgas

verdes El modelo responde a cambios de la

irradiancia (DFF) y disponibilidad de nutrientes

como Amonio (A) y Nitroacutegeno (N) con las

herramientas de modelado matemaacutetico utilizadas

y muestra coherencia con planteamientos

teoacutericos revisados en la literatura (K Flynn amp

Butler 2007 Kevin J Flynn 2001a 2001b

Kevin J Flynn 2013)

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Prospectivas

En trabajos futuros se puede acoplar la

asimilacioacuten y transporte de fosforo (PC) entre

otros paraacutemetros externos Asiacute mismo tambieacuten

se pueden realizar trabajos de parametrizacioacuten

de las constantes candidatas mostradas en la

Tabla 7 para especies de microalgas particulares

que conlleven a disentildeos experimentales que

permitan obtener modelos particulares e

incrementar la informacioacuten de condiciones

oacuteptimas de obtencioacuten de biomasa derivada de

sistemas de cultivo de algas para la extraccioacuten de

diversos metabolitos de intereacutes en nuestra

regioacuten

Anexos

Ec Variable

de estado

Descripcioacuten Valor

Inicial

Unidad

6 GC GlutaminaCar

bono

ltAmG gN119892minus1C

7 NC NitroacutegenoCar

bono

ltNCm

NCo gN119892minus1C

9 ChlC ClorofilaCarb

ono

ltChlCm gChl119892minus1C

17 C Biomasa A criterio microgC119897minus1C

Tabla 5 Variables de estado y valores iniciales Fuente

(Kevin J Flynn 2001a)

Auxiliar Descripcioacuten Unidad

At Velocidad de transporte del

amonio gN119892minus1C119889minus1

Atq Transporte maacuteximo posible de

amonio a un dado NC gN119892minus1C119889minus1

rbasal Respiracioacuten basal gC119892minus1119862119889minus1

CAAs Disponibilidad de (C) para la

asimilacioacuten de (N) en

oscuridad

Ad

Crva Reservar disponible de (C) 0

si es miacutenimo 1 si es maacuteximo Ad

Cmicro Velocidad especifica de

crecimiento del cociente (C) gC119892minus1119862119889minus1

NCu NC normalizado 0 si es

miacutenimo y 1 si es maacuteximo Ad

Nred Disponibilidad normalizada

de (C) para la reduccioacuten de

nitrato en oscuridad 0 si es

miacutenimo y 1 si es maacuteximo

Ad

Nt Velocidad de transporte del

nitrato gN119892minus1119862119889minus1

Ntq Velocidad maacutexima de

transporte de nitrato a NC

actual

gN119892minus1119862119889minus1

PS Velocidad de fotosiacutentesis gC119892minus1119862119889minus1

Tabla 6 Variables auxiliares Ad adimensional

Fuente (Kevin J Flynn 2001a)

Constante Definicioacuten valor Unidad

A1 Constante que relaciona

NC y At

-0705 gN119892minus1C

A2 Constante que relaciona NC y At

0982 Ad

A3 Constante que relaciona

NC y At

-1061 Ad

A4 Constante que relaciona

NC y At el miacutenimo

CN para el transporte

de amonio

534 gC119892minus1119873

AAmG Constante de saturacioacuten

media para la siacutentesis de

AAs de la glutamina

0001 gN119892minus1C

AhG Constante para la

supresioacuten del transporte

de amonio por GC

01 Ad

Akt Constante de saturacioacuten media para el transporte

de amonio

14 microgN119897minus1

α 8times 10minus6

(119898minus2119892minus1119862ℎ119897 119886)(119892119862119898119900119897minus1119891119900119905oacute119899)

AmG Tamantildeo de la piscina de

glutamina que para el

transporte de amonio

001 gN119892minus1C

ChlCm Contenido maacuteximo de

ChlC

009

Cres1 Constante para

computar reserva de C valor de NC cuando

Crva es 0

02 gN119892minus1C

Cres2 Constante para

computar reserva de C

001 Ad

M

Escalar para optimizar

fotoaclimatacioacuten

2 Ad

N1

Constante que relaciona

NC y Nt

-02907 gN119892minus1C

N2

Constante que relaciona

NC y Nt

17644 Ad

N3

Constante que relaciona

NC y Nt

-19282 Ad

N4

Constante que relaciona

NC y Nt

547 gC119892minus1119873

NCk Constante para el

control de N del C-

crecimiento especifico

1 gN119892minus1C

NCm

Maacuteximo NC bajo crecimiento balanceado

015 gN119892minus1C

NhG Constate para la supresioacuten del transporte

de N por la glutamina

005 Ad

Nkt Constate de saturacioacuten

media para el

transportador de nitrato

1 valor para el

transportador 2 es 200

veces este valor

14 microgN119897minus1C

NmG1 Tamantildeo de la piscina de

glutamina que detiene el transporte de nitrato a

traveacutes del transportador

1

0003 gN119892minus1C

NmG2 Tamantildeo de la piscina de

glutamina que detiene el

transporte de nitrato a

traveacutes del transportador

2

0006 gN119892minus1C

redco

Respiracioacuten de Carbono

de apoyo para la reduccioacuten de nitrato a

amonio

171 gC119892minus1119873

Um

Maacutexima velocidad de

crecimiento

1 gC119892minus1119862119889minus1

Tabla 7 Constantes aquellas marcadas son candidatas

para parametrizacioacuten Ad adimensional

Fuente (Kevin J Flynn 2001a)

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Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad

A Amonio microgN119897minus1

N Nitrato microgN119897minus1

DFF Densidad de flujo de

fotones micromol119898minus2119889minus1

Tabla 8 Paraacutemetros externos Fuente (Kevin J Flynn

2001a)

Agradecimiento

Se agradece al Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

por todos los apoyos y servicios prestados por

mis profesores para la realizacioacuten de este trabajo

Asiacute mismo a CONACYT por la beca otorgada

durante mis estudios de doctorado

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21

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 13-21

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano

GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

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22

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 22-30

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Design and construction of a Compound Parabolic Concentrator (CPC) Solar

collector for air heating testing

SORIA-MEJIacuteA Sandra Palomadagger AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten

y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo-Ingenieriacutea en Energiacuteas Renovables

ID 1er Autor Sandra Paloma Soria-Mejiacutea ORC ID 0000-0002-0664-0688

ID 1er Coautor Joseacute Emmanuel Ambrosio-Juarez ORC ID 0000-0002-4741-9269 CVU CONACYT ID 563918

ID 2do Coautor Ivaacuten Toledo-Manuel ORC ID 0000-0001-9498-5506 CVU CONACYT ID 477272

ID 3er Coautor Joseacute Sabaacutes-Segura ORC ID 0000-0003-4579-0192 CVU CONACYT ID 891182

DOI 1035429JCPE20191962230 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

En este trabajo se presenta una propuesta de disentildeo y la

evaluacioacuten teoacuterica y experimental de un colector solar de

tipo concentrador paraboacutelico compuesto (CPC) con

absorbedor tubular para pruebas de calentamiento de aire

con rendimientos teacutermicos ideales para aplicaciones como

el secado y sistemas de acondicionamiento de aire El

colector consiste en cuatro concentradores formados de

laacutemina galvanizada que hacen la funcioacuten de reflejar la luz

solar hacia los tubos absorbedores con una relacioacuten de

concentracioacuten de 25 y un semiaacutengulo de aceptacioacuten de

235ordm con el objetivo de no requerir de un sistema de

seguimiento solar El absorbedor es un tubo de cobre

donde el aire circula Con esta propuesta del colector se

obtuvo una eficiencia teoacuterica de 25 lo que representa

una tercia parte de ganancia de energiacutea comparaacutendolo con

un CPC comercial Esta eficiencia se obtuvo de acuerdo a

lo materiales y dimensiones implementados El sistema es

teacutecnicamente factible de utilizarse para procesos de baja

temperatura con calidad promedio de 60 ordmC con lo que se

puede producir ahorros energeacuteticos significativos y

reduciendo la cantidad de emisiones de CO2 favoreciendo

al medio ambiente

Colector solar CCP Calentamiento de aire

Abstract

This paper presents a design proposal and the theoretical

and experimental evaluation of a solar collector of

parabolic concentrator type (CPC) with tubular absorber

for air heating tests with ideal thermal performances for

applications such as drying and conditioning systems air

The collector consists of four concentrators formed of

galvanized sheet that make the function of reflecting the

sunlight towards the absorber tubes with a concentration

ratio of 25 and an acceptance half-angle of 235ordm with the

objective of not requiring a system of solar tracking The

absorber is a copper tube where the air circulates With this

proposal from the collector a theoretical efficiency of

25 was obtained which represents a third part of energy

gain compared to a commercial CPC This efficiency was

obtained according to the materials and dimensions

implemented The system is technically feasible to be used

for low temperature processes with average quality of 60

ordmC which can produce significant energy savings and

reducing the amount of CO2 emissions favoring the

environment

Solar collector CCP Air heating

Citacioacuten SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-

SEGURA Joseacute Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas

de calentamiento de aire Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 22-30

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico josesabastecabasoloedumx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

23

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El crecimiento demograacutefico y su constante

desarrollo generan un desequilibrio ecoloacutegico en

el planeta generando fuentes de contaminacioacuten

que conllevan el deterioro de los recursos

naturales y el calentamiento global incontrolado

Meacutexico presenta una fuerte dependencia de los

combustibles foacutesiles para la generacioacuten de

energiacutea eleacutectrica presentando la tasa de

crecimiento anual de consumo de electricidad

maacutes alta entre los paiacuteses de EUA y Canadaacute con

34 por efecto de la progresiva demanda de

recursos energeacuteticos necesarios para su

expansioacuten econoacutemica (SENER 2015)

El uso de las fuentes de energiacuteas

renovables para la produccioacuten de energiacutea

eleacutectrica y calor en los distintos sectores

reduciriacutea en gran medida los problemas

econoacutemicos y medio ambientales en nuestro

paiacutes La tecnologiacutea que apunta a tener un mayor

auge es la energiacutea solar En Meacutexico se cuenta

con una excelente radiacioacuten solar disponiendo

en promedio anual de 45 a 56 kWhm2 de

radiacioacuten global media diaria (Herrera 2018)

El fin de este proyecto es utilizar la

energiacutea solar disponible mediante el disentildeo y la

fabricacioacuten de un colector solar de tipo

concentrador paraboacutelico compuesto (CPC) como

generador de aire caliente como un instrumento

de pruebas para cualquier aplicacioacuten que

requiera ser utilizado en hora solar punta a una

temperatura inferior a 60deg y que ademaacutes pueda

ser utilizado como una herramienta para el

ahorro de energiacutea Con este trabajo se quiere

fomentar una mayor investigacioacuten en el campo

de la energiacutea solar teacutermica para aplicaciones en

condiciones controladas para procesos de secado

o desinfeccioacuten a temperaturas que no superen los

70deg

Los CPC logran operar entre 30 a 200 degC

(UNAM 2018) asiacute pues en el presente trabajo

se profundiza en el disentildeo construccioacuten y

anaacutelisis del CPC como dispositivo captador de

radiacioacuten solar haciendo fluir el aire a traveacutes de

los tubos absorbedores para alguacuten proceso El

CPC se disentildea empleando materiales que

permiten la captacioacuten y absorcioacuten de la radiacioacuten

solar recibida en el lugar construyendo un

colector solar con cuatro reflectores de laacutemina de

acero galvanizada para formar los

concentradores y redirigir la radiacioacuten solar

desde la abertura hasta los receptores

Se agrega un receptor por cada

concentrador los cuales son encargados de

interceptar la energiacutea solar y transformarla en

energiacutea teacutermica empleando tubos de cobre por

ser un buen conductor teacutermico Su estructura es

realizada a base de materiales metaacutelicos para una

mejor rigidez y duracioacuten

Disentildeo del Colector Paraboacutelico Compuesto

(CPC)

El factor maacutes importante al disentildear este tipo de

colector es la relacioacuten de concentracioacuten que

para un sistema lineal viene dada por la

ecuacioacuten 1 (Duffie amp Beckman 2013)

C = Aa

Ar =

1

sin θa (1)

Para colectores CPC estacionarios el

aacutengulo de aceptacioacuten miacutenimo deberaacute ser igual a

47deg este aacutengulo seraacute capaz de cubrir la

declinacioacuten del sol desde el solsticio de verano

hasta el solsticio de invierno (2 x 235 deg) (Loacutepez

2011)

Un CPC con absorbedor tubular se disentildea

en base a la relacioacuten de concentracioacuten que se

requiere y al diaacutemetro exterior del tubo

absorbedor Para la construccioacuten de la paraacutebola

y la involuta del CPC se toma como referencia la

figura 1

Donde S es un punto geneacuterico en el

reflector el segmento RS es la tangente al tubo

absorbedor O es el centro del tubo r es el radio

del tubo AB es la parte de la involuta y BC es la

paraacutebola de la curva compuesta

Figura 1 Descripcioacuten del CPC para un receptor tubular

Fuente Blanco Gaacutelvez et al 2006

24

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

La ecuacioacuten 2 define el rango de la curva

de la involuta donde θ estaacute dado en radianes

0le θ le [(π

2 ) + θa] (2)

Las siguientes ecuaciones definen las

coordenadas x y para obtener la involuta de la

curva compuesta

x = r ( sin θ - θ cos θ) (3)

y = r (- cos θ - θ sin θ ) (4)

Para la parte de la paraacutebola en la curva

compuesta el rango para el valor del aacutengulo de

disentildeo θ va de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

[(π

2) + θa] le θ le [(

2) -θa] (5)

Donde las ecuaciones para las

coordenadas x y de la paraacutebola son

x = r [sin θ - π

2 + θa + θ - cos(θ - θa)

(1+ sin(θ - θa)) (cos θ)] (6)

y = r [- cos θ - π

2+ θa + θ - cos(θ - θa)

(1+ sin(θ - θa)) (sen θ)] (7)

Las ecuaciones anteriores son

programadas en el software Matlab para obtener

la geometriacutea del CPC teniendo como resultado

la figura 2 en donde el semiaacutengulo de aceptacioacuten

θa es igual a 235deg y el diaacutemetro del tubo

absorbedor es de 00142875 m para un iacutendice de

concentracioacuten de 25 el cual se encuentra dentro

del rango vaacutelido para este tipo de colector

Figura 2 Geometriacutea del Colector ciliacutendrico paraboacutelico

A continuacioacuten se simula el

comportamiento oacuteptico del CPC en el software

Tonatiuh en donde se realiza el trazado de rayos

desde una fuente solar supuesta hacia el CPC y

asiacute observar la reflexioacuten y recepcioacuten de los rayos

solares En la figura 3 se puede observar los

resultados obtenidos de la simulacioacuten donde se

percata que los rayos solares entran en el aacuterea de

abertura del colector luego son reflejados por la

laacutemina para despueacutes ser captados y absorbidos

por el tubo receptor

Figura 3 Comportamiento oacuteptico del CPC simulado en

Tonatiuh

Anaacutelisis Teoacuterico del Rendimiento Teacutermico del

CPC

El caacutelculo del rendimiento de los colectores de

concentracioacuten sigue los mismos lineamientos

generales que para los colectores de placa plana

(Duffie amp Beckman 2013) usando la siguiente

ecuacioacuten

η = Q

u

S ∙ Ac

(8)

Para determinar el calor uacutetil (Qu) se

implementa la ecuacioacuten 9

Qu= FR∙ Aa [S -

Ar

AaUL(Ts - Ta)] (9)

Donde la energiacutea que entra al sistema se

deriva de la radiacioacuten solar absorbida por la

tuberiacutea receptora del colector (S) la cual se

estima para cielo despejado a partir de la

siguiente ecuacioacuten condicionada por la

geometriacutea del colector

S = AC (Gb ∙ τcb∙τCPCb ∙ αb + Gd ∙ τcd ∙

τCPCd ∙ αd + Gg∙ τcg ∙ τCPCg ∙ αg) (10)

25

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Luego es necesario estimar la

contribucioacuten de la radiacioacuten directa (G subiacutendice

b por beam radiation) la radiacioacuten difusa (G

subiacutendice d por diffuse radiation) y la radiacioacuten

reflejada por el suelo (G subiacutendice g por ground-

reflected radiation) donde se consideran los

criterios de las ecuaciones 11 y 12

Gb = F ∙ Gbn ∙ cos θ (11)

Gd =

Gd

C si (β + θa) lt 90deg

Gd

2(

1

C - cos β) si (β + θa) gt 90deg

(12)

Gg= 0 si (β + θa) lt 90degGg

2(

1

C - cos β) si (β + θa) gt 90deg

(13)

De la ecuaciones 12 y 13 seguacuten la

condicioacuten β+ϴa para este caso y sabiendo que el

aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la superficie

horizontal (β) de este colector es 21ordm y el

semiaacutengulo de aceptacioacuten ϴa es igual a 235ordm se

tiene β+ϴa= 445ordm que seraacute menor que 90ordm lo

que conlleva a resolver la ecuacioacuten 12 para

radiacioacuten difusa

Gd =Gd

C (14)

En cuanto a la radiacioacuten reflejada por el

suelo para este disentildeo se despreciara por ser

praacutecticamente nula cumplieacutendose la primera

condicioacuten

Gg= 0 (15)

Con los puntos anteriores determinados

la ecuacioacuten 10 resulta de la siguiente manera

S = AC (Gb ∙ τcb ∙ τCPCb ∙ αb + Gd ∙ τcd ∙

τCPCd ∙ αd) (16)

El colector propuesto no posee cobertura

ni en la estructura ni en los absorbedores por lo

tanto

τcb = τcd = τc = 1 (17)

Para encontrar el valor de la

transmisividad efectiva del CPC (τCPC ) se toma

en cuenta la fraccioacuten de la radiacioacuten que pasa a

traveacutes de la abertura del colector que se

concentra en el receptor donde la reflectividad

especular de las paredes de los concentradores

(ρr) y del nuacutemero promedio de reflexiones (nr)

esta transmitancia se expresa como (Duffie amp

Beckman 2013)

τCPCb = τCPCd = τCPC

= ρrnr (18)

nr = 1 - 1

Cm

(19)

Se debe conocer la absortancia de la

superficie receptora de cobre (αr) para la

radiacioacuten que seraacute el mismo valor para la

radiacioacuten directa (αb) y la radiacioacuten difusa (αd)

Entonces de acuerdo con (Duffie amp Beckman

2013) la ecuacioacuten 16 se reduce a la ecuacioacuten 20

donde la radiacioacuten solar total (G) es la suma de

las radiaciones directa (Gb) y difusa (Gd)

S = Ac ∙ G (τr ∙ τCPC ∙ αr) (20)

G = Gb + Gd (21)

(Hottel 1976) ha presentado un meacutetodo

para estimar la radiacioacuten transmitida a traveacutes de

atmoacutesferas claras que toma en cuenta el aacutengulo

cenital y la altitud para una atmoacutesfera estaacutendar y

para cuatro tipos de clima (Duffie amp Beckman

2013) el cual es utilizado para hallar la radiacioacuten

directa y difusa mediante las siguientes

ecuaciones

Gb = Go ∙ τb (22)

Gd = Go∙ τ119889 (23)

Donde la irradiancia extraterrestre se

puede conocer a partir de la ecuacioacuten 24

Go = 1367 (1 + 0033 ∙ cos 360 ∙ N

365) (24)

Para determinar las transmitancias

atmosfeacutericas para la radiacioacuten directa (τb) y

difusa (τd) se emplean las ecuaciones descritas

a continuacioacuten

τb = a0 + a1 exp (minus k

cos θz

) (25)

τd = 0271 - 0294 ∙ τb (26)

Donde los valores a0 a1 y k para la

atmoacutesfera estaacutendar se calculan a partir de las

ecuaciones siguientes para altitudes inferiores a

25 km asiacute como tambieacuten se requiere conocer el

coseno del aacutengulo cenital (ϴz) que viene dado

por la ecuacioacuten 30 (Hottel 1976)

a0 = 04237 - 00082 (6 - A)2 (27)

a1 = 05055 - 000595 (65 - A)2 (28)

k = 02711 - 001858 (25 - A)2 (29) cos θz = cos Φ ∙ cos δ ∙ cos ω + sin Φ ∙ sin δ (30)

26

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Junio 2019 Vol6 No19 22-30

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

En la que el aacutengulo de declinacioacuten solar

(δ) se calcula a partir de la ecuacioacuten 31 y el

aacutengulo horario (ω) de la ecuacioacuten 32 la cual

solicita el nuacutemero del tiempo solar (Tsun)

conocieacutendolo por medio de la ecuacioacuten 33 que

conlleva a pedir el nuacutemero del tiempo del reloj

actual (Tclock) y a resolver la Ecuacioacuten del

Tiempo (ET) (Duffie amp Beckman 2013)

δ = 2345 sin [360

365(284 + N)] (31)

ω = (Tsun- 12) ∙ 15 (32)

Tsun = Tclock + ET plusmn 4 (Lstd - Lloc) (33) ET = 987 sin(2B) - 753 cos B - 15 sin B (34)

B = (N - 81)360

365 (35)

Ahora bien se procede a calcular la

energiacutea que sale del sistema y esta viene dada por

las peacuterdidas teacutermicas del receptor teniendo en

cuenta la conveccioacuten y la radiacioacuten de la

superficie asiacute como tambieacuten la conduccioacuten a

traveacutes de la estructura de soporte las cuales

deben estimarse generalmente en teacuterminos del

coeficiente de peacuterdida UL que se basa en el aacuterea

del receptor y estaacute dado por

UL = Q

loss

π ∙ e ∙ L (Tr - Ta) (36)

La peacuterdida de calor del receptor (Qloss)

estaacute dada por lo siguiente

Qloss

= π De L σ (Tr

4 - Ti4)

1εr

+ 1 - εr

εr(De

Di)

(37)

Para encontrar el factor de eliminacioacuten

de calor del colector (FR) se despeja de la

ecuacioacuten 38 encontrando el factor de flujo del

colector (Frsquorsquo) de la ecuacioacuten 40 y el factor de

eficiencia (Frsquo) de la ecuacioacuten 41 (Duffie amp

Beckman 2013)

F = FR

F (38)

F= m ∙ Cp

Ar∙ UL∙ F[1 - exp (-

Ar ∙ UL ∙ F

m ∙ Cp)] (39)

F= Uo

UL (40)

Donde el flujo maacutesico m se calcula

primeramente para la ecuacioacuten 39 mediante la

densidad del fluido la velocidad promedio y el

aacuterea de la seccioacuten transversal normal a la

direccioacuten del flujo (Ar)

m = ρ ∙ V ∙ Ar (41)

El coeficiente global de transferencia de calor

basado en el diaacutemetro del tubo receptor externo

(Uo) entre el entorno y el fluido se calcula como

se muestra en la ecuacioacuten 42

Uo = (1

UL

+ De

hfi ∙ Di

+ De ∙ ln (

DeDi

frasl )

2 ∙ kr

)

-1

(42)

En el cual el coeficiente de transferencia

de calor del fluido de trabajo (hfi) se basa en el

diaacutemetro interior del tubo receptor y para

estimarlo se despeja de la siguiente ecuacioacuten

Nu = hfi ∙ Di

kaire (43)

Donde el nuacutemero de Nusselt se encuentra

tomando en cuenta las siguientes condiciones

(Duffie amp Beckman 2013)

Nu = 040 + 054 para 01 lt Re lt 1000

030 Re06 para 1000 lt Re lt 50000 (44)

En las que el nuacutemero de Reynolds estaacute dado

para una temperatura de aire de 20ordmC calculado

por medio de la ecuacioacuten 45

Re = ρ ∙ V ∙ Di

μ (45)

Las diferencias entre tener un receptor sin

cobertura y un receptor con cobertura se

encuentran en el caacutelculo de la radiacioacuten solar

total absorbida por el colector (S) y el

coeficiente global de peacuterdidas teacutermicas (UL)

Los caacutelculos realizados sirvieron para analizar

las variables involucradas en este proyecto

Descripcioacuten del sistema

El sistema de calentamiento estaacute constituido de

4 superficies paraboacutelicas reflectoras de laacutemina

de acero galvanizada de 091 m de longitud que

tienen como receptores cada una un tubo de

cobre de 1 m y una estructura de aacutengulos de

acero como soporte

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Este colector solar CPC utiliza la energiacutea

solar para calentar el aire circundante en el

interior de los tubos que despueacutes puede ser

utilizado o almacenado

El colector debe estar orientado hacia el

sur en el hemisferio norte apuntando hacia el

ecuador y ademaacutes debe estar colocado a cierta

inclinacioacuten de manera tal que pueda captar la

mayor radiacioacuten solar posible

El funcionamiento es sencillo por un

extremo de los tubos absorbedores entra el aire

con una temperatura baja el cual se va

calentando al recorrer la tuberiacutea de cobre y

luego sale por otro extremo con una temperatura

elevada Para que el aire circule no es necesario

el uso de bombas o dispositivos similares

funcionando debido al cambio de densidades que

el aire sufre al calentarse

Construccioacuten del Colector CPC

A continuacioacuten se describe el proceso de

construccioacuten del colector solar CPC Los

materiales se describen en la tabla 1

Primeramente se cortoacute la hoja de laacutemina

galvanizada quedando piezas con dimensiones

de 0375 x 091 m Para hacer la forma

paraboacutelica de los concentradores se doblan cada

hoja de laacutemina mediante una maquina dobladora

de accionamiento manual que realiza los

pliegues de forma lineal a lo largo de la laacutemina

como se ve en la figura 4

Cantidad Material Dimensiones

1 Hoja de laacutemina de acero

galvanizada

3 x 091rdquo

1 Tramo de tubo de cobre 1rdquo

4 Tramos de aacutengulo de

acero

1 x 1 x 18ldquo

6 Tees de cobre 1rdquo

2 Codos de cobre 90ordm 1rdquo

20 Remaches de aluminio

12 Tornillos de cabeza

hexagonal

frac14rdquo

12 Tuercas frac14rdquo

12 Arandelas de presioacuten

Grower

frac14rdquo

2 Pintura de color gris y

negra

Tabla 1 Materiales requeridos para la construccioacuten del

colector CPC

A continuacioacuten se realiza la unioacuten entre

dos laminas para obtener 4 elementos por lo cual

se soldaacuten en la parte donde se hicieron los

pliegues teniendo como resultado los

concentradores mostrados en la figura 5

Figura 4 Hojas de laacutemina galvanizada dobladas

Figura 5 Concentrador ensamblado

Se construyeron recuadros para cada

concentrador con los aacutengulos de acero para

soportar estas superficies reflectoras y estos

fueron montados sobre un soporte que sostiene

las superficies reflectoras creando con un

aacutengulo de acero un rectaacutengulo con dimensiones

de 133 x 098 m la cual esta inclinada a 21ordm

colocaacutendoles 2 bases y 2 de figura 6

Se cortaron 4 trozos de tubo de cobre de

1 m para formar un circuito en paralelo usando

codos de cobre fijaacutendose este conjunto despueacutes

a cada concentrador mediante un soporte hecho

mostrado en la figura 6

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Figura 1 Colector solar tipo CPC

Evaluacioacuten Experimental

Para realizar el anaacutelisis teacutermico del sistema

primeramente se realizan las mediciones de las

variables climatoloacutegicas en el lugar de pruebas a

cada hora a lo largo de 7 horas durante un mes

utilizando un termoacutemetro infrarrojo En la

siguiente tabla se muestran los valores promedio

obtenidos en la cual se puede observar que la

temperatura de salida en el colector se alcanza a

las 300 pm

Hr Rad

Solar

(Wm2)

Temp

Ambiente

(K)

Temp

Receptor

(K)

Temp

Interior

(K)

Temp

Salida

(K)

1100 64060 29475 30355 30155 30695

1200 81480 29645 31255 30515 31885

1300 80360 29715 32005 30925 32335

1400 79290 29945 32395 31005 32685

1500 53000 30005 33095 31175 33425

1600 52560 29955 31025 30605 31975

1700 10170 29355 28925 29545 29855

Tabla 2 Mediciones en el CPC

En el graacutefico 1 se puede apreciar que la

temperatura de salida del colector tiende a seguir

el comportamiento de la temperatura ambiente

aumentado considerablemente e influyendo de

forma notable en el rendimiento del sistema

Graacutefico 1 Graacutefica de las temperaturas en el CPC

Para conocer la cantidad de radiacioacuten

solar absorbida por el colector CPC se hallan los

valores necesarios para cada diacutea de pruebas

obteniendo como promedios los expresados en la

tabla 3 donde se toman en cuenta los valores

geomeacutetricos del CPC los aacutengulos del

movimiento aparente del sol y los datos

geograacuteficos del lugar donde se realizaron las

pruebas

Con los paraacutemetros de disentildeo efectuados

en el capiacutetulo 2 se presentan a continuacioacuten en

la tabla 4 las caracteriacutesticas de cada

concentrador las cuales son basadas

baacutesicamente en el diaacutemetro del receptor y el

aacutengulo de aceptacioacuten propuesto Siacutembolo Valor Unidad

Irradiancia

promedio

IT 5900 Whm2

Horas Solar Pico HSP 7 h

Radiacioacuten solar

total

G 7900119 Wm2

Radiacioacuten directa Gb 6024938 Wm2

Radiacioacuten difusa Gd 1875181 Wm2

Radiacioacuten

extraterrestre

Go 13455766 Wm2

Constante solar Gsc 1367 Wm2

Transmitancia

atmosfeacuterica para la

radiacioacuten directa

τb 04478

Transmitancia

atmosfeacuterica para la

radiacioacuten difusa

τd 01394

Valores para

atmoacutesfera estaacutendar

a0 02729

a1 03690

K 02595

Altitud del lugar A 17110 km

Aacutengulo cenital cos ϴz 03476 ordm

Latitud del lugar Φ 204399 ordm

Declinacioacuten solar Δ 145856 ordm

Inclinacioacuten Β 21 ordm

Aacutengulo acimutal 120574 -1015457 ordm

Aacutengulo horario Ω 733624 ordm

Tiempo solar Tsun 168908

Tiempo estandar Tclock 15

Ecuacioacuten del

tiempo

ET 00908

B 384658

Longitud estandar Lstd -102 ordm

Longitud local Lloc -10155 ordm

Constante de Stefan

Boltzmann

Σ 567x10-8 Wm2K4

Tabla 3 Datos considerados para los caacutelculos de radiacioacuten

solar

La superficie receptora como se ha

mencionado anteriormente es un tubo de cobre

que por su durabilidad su propiedad

anticorrosiva y sus propiedades teacutermicas ha sido

elegido para este proyecto

250

270

290

310

330

350

370

390

1100

a m

1200

p m

0100

p m

0200

p m

0300

p m

0400

p m

0500

p m

Temperatura Ambiente [K]

Temperatura Receptor [K]

Temperatura Interior [K]

Temperatura de Salida [K]

η = 24

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

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En la tabla 5 se muestran las propiedades

que se tomaron en cuenta para los caacutelculos

considerando que la superficie fue pintada de

color negro para una mayor absorbancia de

calor

Siacutembolo Valor Unidad

Semiaacutengulo de aceptacioacuten ϴa 235 ordm

Concentracioacuten geomeacutetrica C 25

Longitud de abertura La 023 m

Altura del CPC H 032 m

Longitud del CPC L 091 m

Diaacutemetro exterior del tubo De 0028575 m

Diaacutemetro interior del tubo Di 00254 m

Espesor del receptor E 0003175 M

Aacuterea de abertura Aa 02093 m2

Aacuterea del receptor Ar 00817 m2

Nuacutemero total de

concentradores

4

Tabla 4 Caracteriacutesticas de cada CPC del colector solar

Siacutembolo Valor Unidad

Conductividad teacutermica Kr 385000 WmordmC

Absortividad αr 1

Emisividad ɛr 0037

Transmitancia τr 1

Tabla 5 Propiedades del receptor

La superficie reflectora elegida es la

laacutemina de acero galvanizada que es cortada en

segmentos y de la cual se requiere conocer para

el caacutelculo teacutermico la reflectividad especular de

esta mostraacutendose en la tabla 6

Siacutembolo Valor Unidad

Reflectividad especular ρr 078

Tabla 6 Reflectividad especular de la laacutemina galvanizada

El fluido de trabajo en este proyecto es el

aire pensando en las aplicaciones futuras que se

pudieran considerar donde en la tabla 7 se

muestran las propiedades de este a 20 ordmC asiacute

como tambieacuten la velocidad promedio que se

presenta en los diacuteas de pruebas

Siacutembolo Valor Unidad

Conductividad teacutermica Kaire 002476 Wm2K

Calor especifico Cp 1007 JkgK

Densidad Ρ 1204 kgm3

Velocidad V 01636 ms

Viscosidad dinaacutemica Μ 1825x10-5 kgms

Tabla 7 Propiedades del aire a 20 ordmC

Conociendo las propiedades y los datos

geomeacutetricos de los elementos que conforman el

colector CPC se procede a hallar las peacuterdidas

teacutermicas y la eficiencia del colector CPC en

donde la tabla 8 muestra los resultados

obtenidos

Siacutembolo Valor Unidad

Eficiencia del sistema Η 23

Aacuterea del colector Ac 08372 m2

Calor uacutetil Qu 950274 W

Radiacioacuten solar absorbida S 4957459 Wm2

Transmitancia del CPC τCPC 07495

Nuacutemero promedio de

reflexiones

nr 09574

Coeficiente global de

peacuterdidas de calor

UL 06816 Wm2K

Perdida teacutermica del

receptor

Qloss 01206 W

Factor de flujo del

colector

Frsquorsquo 09984

Factor de eliminacioacuten de

calor del colector

FR 09282

Factor de eficiencia del

colector

Frsquo 09297

Coeficiente global de

transferencia de calor

Uo 06337 Wm2K

Flujo maacutesico del aire 00161 kgs

Coeficiente de

transferencia de calor

dentro del tubo receptor

hfi 101406 Wm2K

Nuacutemero de Nusselt Un 104027

Nuacutemero de Reynolds Re 2741121

Tabla 8 Caracteriacutesticas geomeacutetricas y paraacutemetros de

caacutelculo en el colector solar tipo CPC

Se tiene que para estos diacuteas de pruebas se

consigue una eficiencia del 23 en promedio

siendo este factor importante en el disentildeo de

colectores ya que significa tener una ganancia al

retornar de forma uacutetil soacutelo una parte de la energiacutea

que recibe

Conclusiones

Al ser un colector de tipo estacionario se

consigue una baja concentracioacuten obteniendo

una radiacioacuten solar en el colector aceptable La

factibilidad de este trabajo es que cuenta con

concentradores como equipos principales hace

que se considere al colector cilindro paraboacutelico

compuesto como un camino viable tanto

econoacutemicamente como energeacuteticamente para

sistemas que requieran mantener una

temperatura baja en horas solares punta

Mediante los resultados obtenidos en este

proyecto se muestra que los resultados teoacutericos y

experimentales son similares asiacute mismo el

disentildeo probado permite que solo parte de la

radiacioacuten entre al colector permitiendo obtener

temperaturas de entre 50 y 60 degC La eficiencia

alcanzada por este proyecto es del 24 con

temperaturas de salida de 60 ordmC lo cual resulta

adecuado para ser implementado en sistemas que

requieran calor constante a temperaturas

relativamente bajas tales como invernaderos o

sistemas de climatizacioacuten

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

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Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFT

Molecularly modeling an activated carbon anode as a platinum support by means of

DFT calculations

VALENZUELA-HERMOCILLO Ernestodagger1 PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan2 y RIVAS-CASTRO

Sofiacutea1

1Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero Carrertera federal Toluca- Ixtapan de la Sal Km 64 Col La Finca

CP 51763 Villa Guerrero Meacutexico 2Instituto Tecnoloacutegico de Toluca CP 52149 Estado de Meacutexico Meacutexico

ID 1er Autor Ernesto Valenzuela-Hermocillo ORC ID 0000-0002-1126-5835

ID 1er Coautor Juan Pacheco-Sanchez ORC ID 0000-0002-9525-5473

ID 2do Coautor Sofiacutea Rivas-Castro ORC ID 0000-0001-9278-0793

DOI 1035429JCPE20191963138 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

En este trabajo se presenta el modelamiento molecular de

un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino de

una celda de combustible de membrana de intercambio

protoacutenico (PEMFC) en la cual interacciona platino (Pt)

como catalizador soportado en carboacuten activado (CA) con

hidroacutegeno molecular (H2) con el fin de romperlo o

ionizarlo Se analiza la adsorcioacuten que existe entre CA y Pt

como aacutetomo o como una estructura superficial

FCC(cuacutebica centrada en las caras) miacutenima para observar

si existe alguna diferencia entre carboacuten activado y sin

activar en la reaccioacuten Pt-H2 Usando caacutelculos cuaacutenticos de

la Teoriacutea del Funcional de la Densidad (DFT) se investigoacute

la adsorcioacuten y el efecto del carboacuten activado sobre platino

empleando distintas estructuras de carboacuten y de platino

Nuestros resultados muestran que los carbones activados

proporcionan un soporte estable para los catalizadores de

platino teniendo en cuenta que el CA presenta un pozo de

energiacutea potencial menor para adsorber el platino

(fisisorcioacuten) en cambio un Carboacuten sin activar presenta un

pozo de energiacutea potencial mayor (quimisorcioacuten)

DFT Carboacuten Activado Soporte de Platino

Abstract

In this paper we present the molecular modeling of an

activated carbon anode as platinum support of a proton

exchange membrane fuel cell (PEMFC) in which

platinum (Pt) interacts as a catalyst supported in activated

carbon (CA) with molecular hydrogen (H2) in order to

break it or ionize it The adsorption between CA and Pt is

analyzed as an atom or as a minimum FCC(face-centered

cubic) surface structure to observe if there is any

difference between activated and non-activated carbon in

the Pt-H2 reaction Using quantum calculations of the

Density Functional Theory (DFT) the adsorption and the

effect of activated carbon on platinum were investigated

using different carbon and platinum structures Our results

show that the activated carbons provide a stable support

for the platinum catalysts taking into account that the CA

presents a well of lower potential energy to adsorb the

platinum (physisorption) whereas an activated carbon has

a potential energy well major (chemisorption)

DFT Activated Carbon Platinum Support

Citacioacuten VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado

molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT Revista de Energiacutea Quiacutemica

y Fiacutesica 2019 6-19 31-38

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico neto_alexhotmailcom)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El actual uso excesivo de combustibles foacutesiles ha

ocasionado el aumento de las emisiones de

contaminacioacuten ambiental asiacute como la creciente

demanda energeacutetica a nivel mundial han

provocado la necesidad de disentildear e investigar

nuevas fuentes alternas para producir energiacutea

eleacutectrica de manera maacutes eficiente y amigable con

el medio ambiente (Appleby A J 1996) Las

celdas de combustible de hidroacutegeno tipo

membrana de intercambio de protones(PEM)

pueden convertir de manera eficiente la energiacutea

quiacutemica en electricidad con el agua como uacutenico

subproducto (Barreras F and Lozano A

2012)

Las fuentes de energiacutea renovables en el

futuro todaviacutea pueden requerir que la energiacutea se

almacena como combustibles liacutequidos para el

transporte El carboacuten activado como soporte de

catalizadores (platino paldio niquel) altamente

selectivos eficaces y robustos son de

importancia pueden llegar a cumplir con este

desafiacuteo y son un aacuterea activa de investigacioacuten

(Valenzuela A 2016)

El carboacuten activado se caracteriza por su

estructura porosa bien desarrollada lo que le

confiere una elevada superfice y capacidad de

adsorcion (Stoeckli F 1990 Molina S M

Rodriacuteguez F Caturla F Selleacutes M J 1995) En

las uacuteltimas deacutecadas se han estudiado materiales

carbonos que pueden ser utilizados tanto en

sensores electroquiacutemicos como soporte

(electrodo) de catalizadores (platino) en celdas

de combustible (Litster S Mclean G 2004

Kim M Park JN Kim H Song S Lee W-

H 2006)

El objetivo de la investigacioacuten es analizar

y comparar los datos teoacutericos con los

experimentales de las reacciones que suceden en

un electrodo de una celda de combustible y

poder proponer nuevos materiales como es el

caso del carboacuten activado como soporte de

catalizadores para la construccioacuten de las mismas

celdas y que estas tengan una mayor eficiencia

En los estudios teoacutericos de la interaccioacuten

platino-carboacuten activado no son muy frecuentes

por lo tanto tenemos que estudiar para entender

claramente la mayor parte posible sus

mecanismos de reaccioacuten Esto se persigue con la

intencioacuten de construir un electrodo de una celda

de combustible

Mediante el uso de la teoriacutea funcional de

la densidad (DFT) (Parr R Yang W 1989) Se

analizaraacute la adsorcioacuten de distintas estructuras de

carboacuten y carboacuten activado sobre el platino Para

llegar a la energiacutea de disociacioacuten entre dos

aacutetomos hay dos maneras La fisisorcioacuten

(adsorcioacuten fiacutesica) se produce una interaccioacuten de

van der Waals estas son de largo alcance pero

son deacutebiles La fisisorcioacuten se puede medir

registrando el incremento de temperatura de una

muestra de capacidad caloriacutefica conocida siendo

los valores normales de alrededor de 20 kJmol

En la quimisorcioacuten (adsorcioacuten quiacutemica)

se produce una unioacuten formando un enlace

quiacutemico normalmente covalente teniendo a

buscar posiciones que maximicen su nuacutemero de

coordinacioacuten con el sustrato La quimisorcioacuten

son mucho mayores que las de fisioadsorcioacuten

estando alrededor de los 200 kJmol (Atkins P

Friedman R 2005) La distancia entre los

aacutetomos es tambieacuten mucho menor en la

quimisorcioacuten que en la fisisorcioacuten Las energiacuteas

de fisisorcioacuten y quimisorcioacuten que se calcularon

estaacuten presentes en el documento y se

compararaacuten con los datos teoacutericos y

experimentales

Metodologiacutea a desarrollar

Investigamos las interacciones del carboacuten y

carboacuten activado como soporte de aacutetomos de

platino variando las estructuras de carboacuten

(Anillo de 6 carbonos anillo activado de 6

carbonos Grafeno y Grafeno activado) a traveacutes

del programa de estructura electroacutenica DFT

propuesto por Delley (Delley B Ellis D

Freeman A and Baerends E 1983) Se utilizoacute

un funcional de tipo local para el potencial de

intercambio y correlacioacuten este funcional

propuesto por Perdew-Wang (PWC) (Perdew

JP and Wang Y 1992) de la Aproximacioacuten de

densidad local(LDA) (Von Barth U Hedin L

1972) incluyendo la polarizacioacuten de spin

(Oliver G L Perdew J P 1979)

Los sistemas en estudio se corrieron

utilizando los caacutelculos de spin no restringidos

all electroacuten y un conjunto de base de tipo

DND(doble numeacuterical + d-DNP) el tamantildeo del

conjunto de bases DND es comparables a los

conjunto Gaussian 6-31G ademaacutes se incluyen

los caacutelculos de campo autoconsistente (SCF)

(Atkins PW 1999)

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Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Las modelaciones iniciaron con sistemas

pequentildeos de aacutetomos de platino (Pt) y aacutetomos de

carboacuten (C) y se fue aumentando el numero de

aacutetomos C (Placa de grafeno) y a su vez los

aringtomos de Pt (Estructura FCC de platino) en el

plano [111] encontrando las distancias de

interaccioacuten y energiacuteas de equilibrio y asiacute

construir las curvas de energiacutea potencial y poder

analizar el efecto que causa el carboacuten activado

sobre el platino (la adsorcioacuten del sistema) Las

estructuras que se emplearon fueron activadas

con hidroacutexido de potasio (KOH) para el anillo y

cloruro de zinc (Cl2Zn) para la placa de grafeno

(Rivas SF Pacheco JH 2016 Pacheco-

Saacutenchez J H Zaragoza-Rivera I P and

Bravo-Ortega A A 2016)

Resultados

El sistema de estudio se enfocoacute en analizar el

efecto que causa el carboacuten activado sobre el

platino se utilizoacute carboacuten activado obtenido

mediante activacioacuten quiacutemica los agentes

activantes que se usaron para activar fueron

KOH y Cl2Zn obtenido en simulaciones

moleculares ( Rivas SF Pacheco JH 2016

Pacheco-Saacutenchez J H Zaragoza-Rivera I P

and Bravo-Ortega A A 2016) Como dato de

partida para nuestra investigacioacuten se tiene que la

energiacutea experimental de interaccioacuten Pt-C es de

628 eV (Atkins PW 1999) lo que equivale a

14482 Kcalmol Por lo que con esta

informacioacuten y apoyaacutendonos de la teoriacutea de los

funcionales de la densidad se inicio la

investigacioacuten buscando cual aproximacioacuten y que

funcional se aproximara a este dato

experimental

Interaccioacuten del sistema C6 y C6A con un

aacutetomo de platino

En las simulaciones de las interacciones C6A-Pt

(Figura 1) y la C6-Pt (Figura 2) encontramos que

las distancias interatoacutemicas del C6 y C6A son

similares ya que el C6 tiene sus enlaces de 1331

Aring y las del C6A oscila entre los 1333 Aring y 1423

Aring

Figura 1 Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6 A-Pt

Figura 2 Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6-Pt

En cuanto a la energiacutea de equilibro

encontramos que se necesita -986053 Kcalmol

para formar la moleacutecula C6A-Pt y la moleacutecula

C6-Pt necesita -983141 Kcalmol y la distancia

de la moleacutecula C6A-Pt es de 2742 Aring la cual es

mayor que la de la moleacutecula C6-Pt que tiene

2582 Aring y el tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial es de -25182 Kcalmol (Graacutefico 2)

para la moleacutecula C6-Pt y de -19511

Kcalmol(Graacutefico 1) para la moleacutecula C6A-Pt

Graacutefico 1 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6A-Pt

Graacutefico 2 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6Pt

Ener

giacutea

(K

cal

mol)

Distancia (Å)

En

ergiacutea

(K

cal

mol)

Distancia (Å)

34

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Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Por lo que nos damos cuenta que a pesar

de que la energiacutea y la distancia de la moleacutecula

C6A-Pt es maacutes grande se tiene un tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial menor que el de la

moleacutecula C6-Pt lo que nos indica que la

adsorcioacuten del C6A sobre Pt tiende a una

fisisorcioacuten y C6-Pt tiende a una quimisorsioacuten

Interaccioacuten perpendicular de la moleacutecula de

Hidroacutegeno y un aacutetomo de platino

Para encontrar la energiacutea del hidroacutegeno se

realizoacute la simulacioacuten del sistema Pt-H2 para

romper el enlace de la moleacutecula de hidroacutegeno

(H2) para ello se colocoacute la moleacutecula de

hidroacutegeno y a un aacutetomo de platino a una

distancia de 1335 Aring del centro del aacutetomo de

platino a cada uno de los aacutetomos de hidroacutegeno

(H) con una distancia interatoacutemica de la

moleacutecula de hidroacutegeno de 07 Aring (Figura 3 )

Figura 3 Sistema Pt-H2

Despueacutes de la optimizacioacuten geomeacutetrica

del sistema Pt-H2 se encontroacute que el punto de

equilibrio estaacute a una distancia de 1808 Aring y una

energiacutea de -1833 kcalmol (Figura 4a) Se le

realizoacute el caacutelculo de conectividad y se rompioacute el

enlace de los aacutetomos de hidroacutegeno y cada uno de

los aacutetomos de hidroacutegeno se enlazaron al aacutetomo

de platino (Figura 4b )

a) b)

Figura 4 a) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema Pt-H2

b) Calculo de conectividad

Para obtener la energiacutea que genera la

moleacutecula de hidroacutegeno al romper el enlace y

tener dos aacutetomos de hidroacutegeno se calculoacute el

pozo de energiacutea potencial y para ello se fijo el

aacutetomo de platino y se fueron alejando y

acercando los aacutetomos de hidroacutegeno y se obtuvo

un tamantildeo del pozo de -22751 kcalmol

(Graacutefico 3) lo que equivale a 09865 eV

Graacutefico 3 Curva de energiacutea potencial del sistema Pt-H2

Al compara el tamantildeo de pozo de la

graacutefico 3 con el valor experimental de la

interaccioacuten Pt-H2 se encontroacute que se aproxima

ya que el valor experimental es de 2652

Kcalmol lo que equivale a 115 eV (Emrick

RM 1982)

Influencia del anillo de carboacuten en la reaccioacuten

PtH2

La influencia del C6 en la reaccioacuten Pt-H2 (Figura

5a ) se comparan los sistemas Pt-H2 y C6-Pt-H2

(Figura 5b) para ello se calcularon los puntos de

equilibrio y tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial de ambos sistemas la moleacutecula de

PtH2 se forma a una energiacutea Eeq=-1833

Kcalmol y una distancia de 1808 Aring con un

tamantildeo de pozo de -22751 kcalmol y para

formar la moleacutecula de C6-Pt-H2 se necesita una

energiacutea de Eeq=-1126490 Kcalmol a una

distancia req=1827 Aring y el tamantildeo del pozo de

energiacutea potencial es de -23301 kcalmol

(Graacutefico 4)

a) b)

Figura 5 a) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema Pt-H2

b) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6-Pt-H2

Dado que las energiacuteas del tamantildeo de

pozo de estos sistemas son casi iguales entonces

se puede dice que el C6 ademaacutes de fungir como

un mero soporte tambieacuten aporta propiedades

cataliacuteticas y la superficie de C6 no sufre

modificaciones

En

ergiacutea

(K

cal

mo

l)

Distancia

(Å)

1 2 3 4 5

-20

-10

0

10

20

Interaccioacuten Pt-H2

Ene

rgiacutea

(K

ca

lm

ol)

Distancia r(Aring)

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carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

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Graacutefico 4 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6-Pt-H2

Dado que las energiacuteas del tamantildeo de

pozo de estos sistemas son casi iguales entonces

se puede dice que el C6 ademaacutes de fungir como

un mero soporte tambieacuten aporta propiedades

cataliacuteticas y la superficie de C6 no sufre

modificaciones

Interaccioacuten del sistema estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno y estructura cristalina fcc de platino

soportada en una estructura grafeno activada

En la simulacioacuten entre la estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno (Figura 6) y estructura cristalina FCC de

platino en el plano (111) (Arenas De P H

1994) soportada en una estructura grafeno

activada (Figura 7) Para ello se encontroacute que los

puntos de equilibro de estas estructuras se

encuentran a una distancia de 2196 Aring y una

energiacutea de -5814346 kcalmol y un pozo de

potencial de -217674 Kcalmol (Graacutefico 5) y a

2956 Aring de distancia y -574173 kcalmol de

energiacutea y un pozo de potencial de -

101181Kcalmol (Graacutefico 6) respectivamente

Figura 6 Optimizacioacuten geomeacutetrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino en el plano [111] soportada en

una estructura grafeno

Graacutefico 5 Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina FCC de platino en el plano [111]

soportada en una estructura grafeno

Al hacer crecer el sistema llegamos a

estos datos donde encontramos que se necesita

menos energiacutea para formar estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno activada que la que se necesita de la

estructura cristalina FCC de platino en el plano

[111] soportada en una estructura grafeno

Figura 7 Optimizacioacuten geometrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino en el plano [111] soportada en

una estructura grafeno activado

Graacutefico 6 Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina FCC de platino en el plano [111]

soportada en una estructura grafeno activada

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia

(Å)

En

ergiacutea

(K

cal

mo

l)

Distancia

(Å)

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia (Å)

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Encontramos que el pozo de energiacutea

potencial es 50 maacutes pequentildeo en la estructura

de grafeno activada y estaacute no sufre

modificaciones superficiales comparadas con las

del grafeno sin activar Asiacute mismo la estructura

FCC de platino se desordena en presencia de

grafeno mientras que la estructura fcc de platino

en el plano [111] en presencia del grafeno

activado no sufre modificaciones estructurales

relevantes

Interaccioacuten del sistema estructura cristalina

fcc de platino soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno

La estructura cristalina FCC de platino en el

plano [111] soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno se comparoacute con el

sistema Pt-H2 Para ello se calculoacute el punto de

equilibrio de la estructura cristalina FCC de

platino soportada en grafeno con dos moleacuteculas

de hidroacutegeno

Figura 8 Optimizacioacuten geomeacutetrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno

Se encontroacute que tiene una energiacutea de

equilibrio de -6069151 kcalmol (Figura 8) y

una distancia de equilibrio de 2196 Aring entre el

grafeno y la estructura cristalina fcc de platino y

1876 Aring entre la estructura FCC de platino y una

moleacutecula de hidroacutegeno

Graacutefico 7Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina fcc de platino soportada en grafeno

con dos moleacuteculas de hidroacutegeno

Se calculo el tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial variando(alejando y acercando) la

distancia entre un aacutetomo de platino de la

estructura cristalina FCC de platino y una de las

moleacuteculas de hidrogeno y se tuvo que el tamantildeo

de pozo de energiacutea potencial (graacutefico 7) es de -

18164 Kcalmol que al compararlo con el pozo

de energiacutea potencial del sistema Pt-H2 que es de

-22751 kcalmol por lo que se dice que la

magnitud de tamantildeo de pozo se reduce en un

20 Ademaacutes el valor de -18164 Kcalmol es

igual a 078 eV lo que es aproximado al que se

obtiene de voltaje de salida en una monocelda de

combustible real (Pacheco JH Garciacutea LA

Zaragoza IP and Bravo A (2005)

Conclusiones

En este trabajo se ha estudiado la interaccioacuten

entre el platino soportado en estructuras de

carboacuten y carboacuten activado utilizando la

metodologiacutea DFT con LDA PWC

El sistema C6-Pt que tiene una magnitud

de -25182 kcalmol y corresponde al tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial tiende a una

quimisorcioacuten y el sistema C6-APt que tiene una

magnitud de -19511 kcalmol de tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial tiende a una

fisisorcion Los materiales carbonosos C6 C6A

Grafeno y Grafeno Activado influyen poco

sobre la reaccioacuten Pt-H2 ya que las magnitudes

del tamantildeo de pozo de energiacutea potencial son casi

iguales

Para las estructuras de grafeno y grafeno

activado como soportes de estructuras cristalina

de platino se encuentra que ambas corresponden

a una quimisorcioacuten por valores mayores a 50

kcalmol (Atkins PW 1999) Las estructuras

de grafeno activado no sufren modificaciones

estructurales al soportar al platino en cambio el

grafeno puro sufre un encorvamiento coacutencavo

hacia el platino

Con la estructura cristalina fcc de platino

soportado en grafeno se obtuvo que los valores

de la simulacioacuten son cercanos a un 975 a los

datos experimentales ya que DFT obtuvimos -

18164 Kcalmol equivalente a 078 eV mientras

que el experimental es 08 eV (Pacheco JH

Garciacutea LA Zaragoza IP and Bravo A

2005)

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia (Å)

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carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Se determina que el carboacuten activado

muestra una mejor superficie para la dispersioacuten

(adsorcioacuten) del platino con menor energiacutea de

disociacioacuten pero auacuten es elevada para que se

realice en condiciones de temperatura ambiente

Asiacute mismo se llega a concluir que el carboacuten

activado como soporte de catalizadores influye

en las reacciones electroquiacutemicas que suceden

en el aacutenodo de una celdas de combustible tipo

PEM

De acuerdo con lo anterior mencionado

el carboacuten activado como soporte de catalizadores

es un excelente material para ser empleado en las

celdas de combustible tipo PEM asiacute como

tambieacuten se podraacute utilizar en otro tipos de celdas

de combustible como son las celdas de

combustible microbianas ya que su capacidad

de adsorcioacuten ayuda a que las reacciones se lleven

acabo de mejor manera

Agradecimiento

Se le agradece al Instituto Tecnoloacutegico de

Toluca y al CONACyT por los apoyos

brindados

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39

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Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio

Zinc Sulfate Optimization in benefit process

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupedagger ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-

DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

ID 1er Autor Mariacutea Guadalupe Roacho-Torres CVU CONACYT ID 964639

ID 1er Coautor Cesar Octavio Encinas-Baca CVU CONACYIT ID 103864

ID 2do Coautor Melchor Omar Grijalva-Delgado CVU CONACYT ID 360907

DOI 1035429JCPE20191963943 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

Objetivos Calcular la cantidad de reactivo de Sulfato

de Zinc que maximice el beneficio de Plomo en el

proceso de beneficio de una planta de la regioacuten sur

del estado de Chihuahua Metodologiacutea Se realizaron

pruebas con diferentes cantidades de sulfato de Zinc

sobres las cuales se calculoacute la varianza y se

determinoacute el valor promedio de beneficio de Plomo

y Zinc Luego se obtuvieron las ecuaciones que

describen el comportamiento del beneficio de los

minerales y se calcularon los valores maacuteximos o

miacutenimos respecto a la ley Se calculoacute el valor optimoacute

de sulfato y se generaron cartas de control como

seguimiento al proceso Contribucioacuten Al optimizar

y estandarizar la cantidad de sulfato de Zinc como

reactivo en el beneficio en un proceso donde se

realizaba de forma empiacuterica no soacutelo se tiene un

mayor control sobre los resultados de la ley sino que

tambieacuten se optimizan los costos considerando que el

uso del reactivo es un importante insumo para el

proceso

Optimizacioacuten Sulfatos Beneficio

Abstract

Goals Calculate the amount of Zinc Sulfate reagent

that maximizes the lead benefit in the process of

benefiting a plant in the southern region of the state

of Chihuahua Methodology Tests were carried out

with different amounts of zinc sulfate on which the

variance was calculated and the average benefit value

of Lead and Zinc was determined Then the

equations were obtained that describe the behavior of

the benefit of the minerals and the maximum or

minimum values with respect to the law were

calculated The optimized sulfate value was

calculated and control charts were generated as

follow-up to the process Contribution By

optimizing and standardizing the amount of Zinc

sulfate as a reagent in the benefit in a process where

it was performed empirically not only does it have

greater control over the results of the law but also the

costs are optimized considering that the Reagent use

is an important input for the process

Optimization Sulfates Benefit

Citacioacuten ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-DELGADO Melchor

Omar Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 39-43

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista

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Introduccioacuten

El proceso de beneficio de los minerales es sin

lugar a dudas una de las actividades econoacutemicas

maacutes importantes de nuestro paiacutes ya que de

acuerdo con la Secretariacutea de Economiacutea la

industria minera contribuye con el 4 del PIB

nacional ademaacutes de generar maacutes de 350 mil

empleos directos y maacutes de 16 millones

indirectos (Secretaria de Economiacutea 2019) [1]

La investigacioacuten desarrollada responde a

una necesidad de la industria de beneficio

minero al optimizar la cantidad de reactivo de

Sulfato de Zinc Flottec requerida para

recuperacioacuten del Pb y Zn La importancia de la

investigacioacuten no soacutelo radica en el impacto

econoacutemico que la optimizacioacuten conlleva sino

que tambieacuten representa un punto de partida para

el desarrollo de investigaciones posteriores

respecto al uso del reactivo seguacuten las variaciones

en ley que la extraccioacuten del mineral puede

presentar

La hipoacutetesis de la investigacioacuten estaacute

centrada en la demostracioacuten estadiacutestica del

impacto de la cantidad de Sulfato de Zinc Flottec

en el porcentaje de beneficio de los minerales

En la primera seccioacuten se hace una

descripcioacuten geneacuterica de la metodologiacutea de toma

de muestras En la seccioacuten sobre la coleccioacuten de

los datos del reactivo se muestran las adiciones

del reactivo en las operaciones de molino limpia

y mixtura

En la tercera seccioacuten se hace un

comparativo de las diferentes cantidades

adicionadas de ZnSO4 y los resultados que estaacuten

generaron en los anaacutelisis quiacutemicos

Posteriormente en la seccioacuten de Anaacutelisis de

varianza se valida y demuestra estadiacutesticamente

la Hipoacutetesis que afirma que diferentes adiciones

de ZnSO4 generan diferencias significativas en

el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales

En la seccioacuten de resultados se calcula

matemaacuteticamente la cantidad de ZnSO4 que

genera el mayor beneficio de Pb Ademaacutes se

demuestra como la estandarizacioacuten de la

cantidad de reactivo utilizado no soacutelo

incrementoacute el beneficio promedio de

recuperacioacuten de Pb sino que disminuyoacute de

forma considerable la variabilidad del

porcentaje dando con ello mayor estabilidad al

proceso

Generacioacuten de muestras

Para la obtencioacuten de las muestras analizadas en

las diversas pruebas se obtuvieron 30 kg de

mineral al cual se le dieron 5 procesos de

cuarteo y una vez pulverizado se pasoacute por la

maya 100

En el molino de bolas se le dieron 20 30

40 y 50 minutos a las muestras de forma previa

a pasarse por la maya 200 hidratada Una vez

filtrado el mineral fue secado en mufla por un

tiempo de 40 minutos

Coleccioacuten de datos del reactivo

Se corrieron diversas muestras sobre la cantidad

de ZnSO4 que se adheriacutea a las celdas de plomo

generando estadiacutestica sobre

ndash Molino en la operacioacuten de molienda

ndash Limpia cuando el mineral es flotado en

las celdas

ndash Mixtura adherido a los

acondicionadores antes de pasar por la

celda

Las operaciones eran realizadas de forma

completamente empiacuterica un ejemplo de las

adiciones del reactivo llevadas a cabo en una de

las recompensas se muestran en la Tabla 1

Reactivo ZnS04 sulfuro de zinc

Dilucion 10

Adicioacuten de reactivo en proceso

HR Molino Limpia Mixtura

0800 3500 1200 360

0900 3500 1200 400

1000 3600 1200 360

1100 3500 1200 360

1200 3500 1250 360

1300 3600 1200 360

1400 3500 1200 360

Promedio 35285714 12071429 3657143

Tabla 1 Ejemplo de adiciones de ZnSO4

Fuente Elaboracioacuten Propia

Asiacute el caacutelculo de las adiciones se generoacute

en 30 muestras a fin de lograr hacer un

comparativo una vez que se cuente con el caacutelculo

de la cantidad de sulfato oacuteptimo a ser adicionado

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Muestreo del Sulfato de Zinc

Se realizaron 30 muestras con la adicioacuten desde

1000 hasta 2000 grston en intervalos de 250

grston generando el certificado de anaacutelisis

quiacutemico de cada uno de ellos a fin de realizar un

comparativo del beneficio de los minerales

Un ejemplo de los certificados generados

en cada muestra se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Ejemplo de certificado de anaacutelisis quiacutemico

Fuente Planta de Beneficio

Anaacutelisis de Varianza para los muestreos

A fin de validar cada una de las muestras

tomadas con las diferentes adiciones se realizoacute

un anaacutelisis de varianza ya que acuerdo con

Montgomery (2013) [2] el Anaacutelisis de Varianza

o ANOVA permite resolver estos casos en

donde una variable x tiene a tratamientos de

forma que evaluando el porcentaje de Zn y Pb

obtenido ya que son los minerales de mayor

importancia para el resultado del proceso del

beneficio La tabla 3 muestra los datos

colectados donde en la primera fila se muestran

los grston de ZnSO4 que se adicionaron y en las

siguientes filas se muestra el porcentaje de Pb

beneficiado

2000 1750 1500 1250 1000

77 81 82 82 78

82 78 79 81 75

75 82 81 82 81

80 88 87 86 83

78 84 86 87 82

79 91 92 88 84

Tabla 3 Datos colectados de porcentaje de Pb beneficiado

con diferentes adiciones de ZnSO4

Fuente Elaboracioacuten Propia

Mediante el uso del software Minitab se

realizoacute el ANOVA obteniendo la informacioacuten

mostrada en la Figura 1

Null hypothesis

All means are equal

Analysis of Variance

Source DF Adj SS Adj MS F-Value

Factor 4 1771 4428 308

Error 25 3598 1439

Total 29 5370

Figura 1 ANOVA para muestras de Pb

Fuente Elaboracioacuten Propia

El valor de la F teoacuterica con un nivel de

confianza de 95 es de 2759 Por lo tanto se

rechaza Ho y las diversas adiciones producen

diferencias significativas en el beneficio de

Pb El anaacutelisis ANOVA para el beneficio de Zn

en base a la adicioacuten de ZnSO4 se muestra en la

Figura 2

Analysis of Variance

Source DF Adj SS Adj MS F-Value

Factor 4 32880 82200 7339

Error 25 2800 1120

Total 29 35680

Figura 2 ANOVA para muestras de Zn

Fuente Elaboracioacuten Propia

Al igual que en el beneficio de Pb se

rechaza Ho y las diversas adiciones producen

diferencias significativas en el beneficio de

Zn

Resultados

A partir de los promedios de los resultados de

porcentajes beneficiados de Pb se graficoacute y se

encontroacute la ecuacioacuten que describe su

comportamiento y se muestra en la Grafica 1

Reactivos Circuito de Pb

ZnSO4 flottec 2000 grston

Mixtura ZnSO4 flottec NaCn 200 grston

Aherophine 3418 15 grston

Espumante 834 16 grston

Xantato 343 10 grston

Descripcioacuten Peso gr Au Ag Pb

R-5584 Conc Pb 341 66 643 67

Medios Pb 1069 17 121 78

Cola Pb 859 03 22 08

Cabeza calculada 07 54 38

549 591 790

R-5584 Zn Fe

Conc Pb 341

Medios Pb 1069 35 2

Cola Pb 859 79 55

Cabeza calculada 56 43

Recuperacioacuten 30 11

42

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Cesar Octavio y GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar

Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Grafica 1 Ecuacioacuten de de beneficio de Pb

Fuente Elaboracioacuten Propia

Asiacute la ecuacioacuten que describe el

comportamiento del beneficio del Pb teniendo

como variable independiente (x) los gramos de

ZnSO4 adicionados es

119889119890 119861119890119899119890119891119894119888119894119900 119875119887 =

minus0000021199092 + 00607 119909 + 40463 (1)

De la cual por maacuteximos y miacutenimos se

obtiene

yacute= - 000004x + 00607 (2)

donde x= 1518 grston de ZnSO4 Flottec que

deben ser adicionados para obtener el beneficio

optimo estimado en un promedio de 865

El grafico que describe el

comportamiento del beneficio del Zn se muestra

en la Grafica 2

Grafica 2 Ecuacioacuten de de beneficio de Zn

Fuente Elaboracioacuten Propia

119889119890 119861119890119899119890119891119894119888119894119900 119885119899 =

minus00000091199092 + 00178 119909 + 2757 (3)

Al igual que lo planteado con la ecuacioacuten

1 por maacuteximos y miacutenimos se obtiene que x= 988

grston de ZnSO4 Flottec que deben ser

adicionados para obtener el beneficio oacuteptimo de

1155

Sin embargo dado que la desviacioacuten

estaacutendar es mayor en el beneficio del Zn y que el

Pb produce una mayor compensacioacuten

econoacutemica se decidioacute enfocar la los resultados

de la investigacioacuten en el beneficio optimo en

base al Pb

Una vez que se estandarizoacute la adicioacuten del

ZnSO4 Flottec se elaboraron cartas de control en

base al beneficio de Pb en 20 muestras La

Grafica 3 arroja los resultados de las muestras

tomadas al inicio de la investigacioacuten mientras

que la Grafica 4 muestra datos posteriores a la

estandarizacioacuten

Grafica 3 Carta de Control de las muestras con adicioacuten de

ZnSO4 aleatorio

Fuente Elaboracioacuten Propia

Grafica 4 Carta de Control de las muestras con adicioacuten de

ZnSO4 estandarizado

Fuente Elaboracioacuten Propia

Ademaacutes la desviacioacuten estaacutendar

disminuyoacute de 4303 a 1927 con lo cual la

variacioacuten del beneficio es menor

Conclusiones

A partir de los resultados obtenidos se

desprenden una serie de contribuciones en el

proceso de recuperacioacuten de los minerales

analizado

y = -2E-05x2 + 00607x + 40463

Rsup2 = 09668

78

79

80

81

82

83

84

85

86

0 500 1000 1500 2000 2500

y = -9E-06x2 + 00178x + 27571

Rsup2 = 09717

0

2

4

6

8

10

12

14

0 500 1000 1500 2000 2500

28252219161310741

95

90

85

80

75

70

Observation

Ind

ivid

ual

Valu

e

_X=8237

UCL=9291

LCL=7182

I Chart of Pb

191715131197531

92

90

88

86

84

82

80

Observation

Ind

ivid

ual

Valu

e

_X=8585

UCL=9145

LCL=8025

I Chart of Pb Estandarizado

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Cesar Octavio y GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar

Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Por una parte el calcular la cantidad

optima de ZnSO4 permitioacute obtener el porcentaje

de recuperacioacuten maacutes alto de Pb Ademaacutes generoacute

un proceso maacutes estable al estandarizar la

operacioacuten

Con ello el costo del reactivo disminuyoacute

al evitar la aleatoriedad que de forma empiacuterica

generaba la adicioacuten del reactivo Ademaacutes el

mantener un proceso de beneficio maacutes estable

contribuye a que la planta tenga una mayor

certeza en los caacutelculos de su capacidad de

produccioacuten ya que si bien dada la misma

naturaleza del proceso de extraccioacuten existe una

variabilidad inherente contar con un caacutelculo

exacto permite proveer una mayor certeza

Como recomendacioacuten es importante

considerar que el caacutelculo de la cantidad oacuteptima

de ZnSO4 Flottec debe realizarse de forma

perioacutedica bajo la metodologiacutea ya establecida

Asiacute la cantidad se ldquoajustarardquo seguacuten las

variaciones en ley de las extracciones

Por otro lado la posibilidad de mejora de

la investigacioacuten radica en encontrar la cantidad

optima de ZnSO4 Flottec a adicionar

considerando tanto el beneficio del Pb como el

de Zn para lo cual deben considerarse los

valores de venta de los minerales como

funciones a optimizar y las adiciones como

restricciones del sistema

Referencias

[1]Secretaria de Economiacutea (2019) El sector

minero-metaluacutergico en Meacutexico contribuye con el

4 por ciento del Producto Interno Bruto

nacional Recuperado el 06 de Junio de 2019 a

partir del sitio httpswwwgobmxseacciones-

y-programasmineria

[2]Montgomery D (2013) Disentildeo y Anaacutelisis

de Experimentos Meacutexico Limusa Wiley

Arthur F Taggart Handbook of Mineral

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New York September 1950 pp 1-140

Azantildeero Ortiz Aacutengel Modelos matemaacuteticos

para simular flotacioacuten industrial a partir de

pruebas de laboratorio En Revista del Instituto

de Investigacioacuten de la FGMMCG-UNMSM vol

2 Ndeg3 Lima junio 1999 pp 69-83

Espejo R amp Marcelino G (2019) Estudio

metaluacutergico del tajo t4929 para optimizar el

tratamiento de mineral de cobre mediante el

Blending en Compantildeiacutea Minera Condestable SA

Huerta Solano C R (2019) Evaluacioacuten del

cianuro de sodio para la optimizacioacuten del

proceso metaluacutergico de la planta de beneficio

SantaFilomena II de la empresa Sotrami SA

Pacho A amp Carlos J (2019) Optimizacioacuten del

proceso de cianuracioacuten mediante el uso de

peroacutexido de hidrogeno en planta metalurgica

Chala ONE SAC

Riacuteo Wuumlrttole Justo Felipe Meacutetodo de

produccioacuten y anaacutelisis quiacutemico y fiacutesico del plomo

y sus oacutexidos Tesis Facultad de Ingenieriacutea

Quiacutemica UNMSM Lima1982 pp10-30

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Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremado

Effect of the addition of inulin on the physicochemical properties of skimmed panela

cheese

AGUILAR Mariacuteadagger CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

ID 1er Autor Mariacutea Aguilar ORC ID 0000-0001-7727-3996 Researcher ID Thomson S-8519-2018 CVU CONACYT

ID 476294

ID 1er Coautor Joseacute Carranza ORC ID 0000-0003-3345-5987 CVU CONACYT ID 177857 SNI nivel 1

ID 2do Coautor Mariacutea Bermuacutedez

ID 3er Coautor Carlos Romo ORC ID 0000-0002-4410-7470 CVU CONACYT ID 275499

DOI 1035429JCPE20191964451 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

El objetivo de esta investigacioacuten fue analizar como la

inulina en concentraciones de 1 2 3 4

afecta la composicioacuten fisicoquiacutemica del queso panela

tipo descremado Los quesos panelas se elaboraron

en el Taller de Laacutecteos del Aacuterea de Tecnologiacutea de

Alimentos de la Universidad Autoacutenoma de

Aguascalientes (UAA) Los anaacutelisis fisicoquiacutemicos

de pH humedad cenizas soacutelidos totales y grasa se

realizaron el Laboratorio de Control de Calidad del

Centro de Ciencias agropecuarias de la misma

universidad de acuerdo a los meacutetodos de las Normas

mexicanas Para el anaacutelisis estadiacutestico se realizoacute

anaacutelisis de la varianza (ANOVA) de una viacutea

Mediante el anaacutelisis de comparacioacuten muacuteltiple Tukey

(plt005) Empleando el programa estadiacutestico

Statgraphics Centurion XV De acuerdo a los

resultados obtenidos se observoacute que la inulina

modificoacute el pH humedad cenizas y soacutelidos totales

del queso panela descremado desde concentraciones

al 1

Queso Inulina Composicioacuten Fisicoquiacutemica

Abstract

The objective of this investigation was to analyze

how inulin affects concentrations of 1 2 3

4 the physicochemical composition of panela

cheese The panela cheese was made in the Dairy

Workshop of the Food Technology Area of the

Autonomous University of Aguascalientes (UAA)

The physicochemical analyzes of pH humidity

ashes total solids and fat specifically the Quality

Control Laboratory of the Center of Agricultural

Sciences of the same university according to the

methods of the Mexican Standards For the statistical

analysis the analysis of the variance (ANOVA) of a

pathway was performed Using Tukey multiple

comparison analysis (p lt005) Using the statistical

program Centurioacuten XV Statistics According to the

results detected inulin was modified it changed the

pH humidity ashes and total solids of skimmed

panela cheese from 1

Cheese Inulin Physicochemical composition

Citacioacuten AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en

las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 44-51

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico mmaguilacorreouaamx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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2019

Introduccioacuten

De acuerdo a la Norma Oficial Mexicana NOM-

155-SCFI-2012 la leche se define como el

producto obtenido de la secrecioacuten de las

glaacutendulas mamarias de las vacas

En cuanto a su produccioacuten mundial

Meacutexico es considerado uno de los principales

productores el Servicio de Informacioacuten

Agroalimentaria y Pesquera (SIAP) en el 2016

informoacute que tres de cada cien litros que se

producen en el mundo son de origen mexicano

Para el antildeo 2025 se preveacute que la produccioacuten

mundial aumentaraacute 177 millones de toneladas

con una tasa de crecimiento promedio del 18

por antildeo en los proacuteximos 10 antildeos Durante el

mismo periodo se pronostica que el consumo

per caacutepita de productos laacutecteos incrementara un

08 y 17 por antildeo en los paiacuteses en desarrollo

y entre 05 y 11 en los paiacuteses desarrollados

(FAO 2016)

En relacioacuten a su valor nutricional la

leche y los productos laacutecteos constituyen un

grupo de alimentos con un importante aporte de

proteiacutenas (muy digeribles de alto valor

bioloacutegico) ricos en calcio foacutesforo y selenio y asiacute

como diversas vitaminas como vitamina A B1

B2 y B12 y en menor cantidad contienen B6 B3

B8 (Milke 2011) Aunque su composicioacuten

quiacutemica puede variar en funcioacuten de la etapa en la

que se encuentre la vaca (Badui 2012)

La importancia de la leche y sus

derivados es evidente para mantener un buen

estado de salud en cualquier etapa de la vida es

por esto que los productos laacutecteos estaacuten

recibiendo mayor atencioacuten debido a que estos

alimentos son ricos en nutrientes ademaacutes de ser

excelente vehiacuteculo para los llamados alimentos

funcionales Un ejemplo son los quesos

(Bautista 2014)

Los quesos se definen como productos

elaborados con la cuajada de leche estandarizada

y pasteurizada de vaca o de otras especies

animales Existen 3 tipos de quesos de acuerdo a

su clasificacioacuten por proceso fresco madurado o

procesado (Norma Oficial Mexicana NOM-

121-SSA1-1994) El queso panela por su alto

contenido de humedad corteza y su periodo de

vida de anaquel corto es considerado un queso

fresco

La industria de productos laacutecteos realiza

pruebas fisicoquiacutemicas en el queso para verificar

la calidad del producto y analizar como la

adicioacuten de alguacuten aditivo modifica su

composicioacuten Entre las pruebas que se incluyen

son el pH humedad cenizas solidos totales y

grasa

El pH funciona como indicador de la

actividad de las bacterias mesoacutefilas y termoacutefilas

Al medir el pH se asegura que la cuajada fresca

esteacute en el camino correcto para convertirse en

queso (Mullen 2018) En cuanto a la humedad

la NMX-F-083-1986 la define como la peacuterdida

en peso que sufre un alimento al someterlo a las

condiciones de tiempo y temperatura prescritos

Respecto al anaacutelisis de soacutelidos totales este

incluye el valor de proteiacutenas cenizas lactosa y

grasa El meacutetodo que propone la NMX-F-111-

1984 para realizarlo es el gravimeacutetrico sin

embargo tambieacuten puede ser calculado por

diferencia del contenido de humedad

Asimismo la NMX-F-100-1984

establece el procedimiento para determinar la

grasa butiacuterica en quesos por el meacutetodo de

Gerber-Van Gulik este consiste en la digestioacuten

parcial de los componentes del queso excepto la

grasa en aacutecido sulfuacuterico Emplea alcohol

isoamiacutelico para ayudar a disminuir la tensioacuten en

la interface entre la grasa y la mezcla en reaccioacuten

(aacutecido sulfuacuterico-leche) lo que facilita el ascenso

de los gloacutebulos pequentildeos de grasa por

centrifugacioacuten El alcohol isoamiacutelico reacciona

con el aacutecido sulfuacuterico formando un eacutester que es

completamente soluble en dicho aacutecido Por otro

lado las cenizas representan el contenido en

minerales del alimento en general las cenizas

suponen menos del 5 de la materia seca de los

alimentos (Maacuterquez 2014) El meacutetodo que

propone la NMX-F-094-1984 es el gravimeacutetrico

El queso contiene la mayoriacutea de los

nutrientes de la leche con excepcioacuten de la lactosa

y algunas vitaminas hidrosolubles (Baro et al

2010) Pero en general la cantidad de fibra que

aporta el queso panela y los laacutecteos es muy baja

o nula

La NOM-043-SSA2-2012 define a la

fibra como la parte comestible de las plantas o

hidratos de carbono anaacutelogos que son resistentes

a la digestioacuten y la absorcioacuten en el intestino

humano y que sufren una fermentacioacuten total o

parcial en el intestino grueso

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2019

La fibra dieteacutetica se divide en soluble e

insoluble Algunos tipos de fibra soluble son las

pectinas gomas mucilagos e inulina Por el

contrario la celulosa hemicelulosa y lignina son

consideradas fibra insoluble

En particular la inulina es un

polisacaacuterido no digerible el cual estaacute constituido

por moleacuteculas de fructosa unidas por enlaces β-

(2-1) fructosil-fructosa siendo el teacutermino

fructanos usado para denominar este tipo de

compuestos Dada su configuracioacuten quiacutemica los

fructanos no pueden ser hidrolizados por las

enzimas digestivas humanas por lo que

permanecen intactos en su recorrido por la parte

superior del tracto gastrointestinal no obstante

son hidrolizados y fermentados en su totalidad

por las bacterias de la parte inferior del tracto

gastrointestinal (intestino grueso coloacuten) De esta

manera este tipo de compuestos se comportan

como fibra dieteacutetica (Lara 2011)

Ademaacutes en el ramo industrial la inulina

se emplea en la fabricacioacuten de distintos

productos alimenticios en laacutecteos se utiliza

como emulsificante sustituto de azuacutecares y

grasas proporcionar sinergismo con

edulcorantes para dar cuerpo y palatabilidad y

formar gel (Urango 2012)

Por lo que enriquecer productos laacutecteos

como el queso panela con inulina podriacutea

beneficiar auacuten maacutes su contenido nutrimental y

beneficiar la ingesta de fibra en la poblacioacuten en

general Ademaacutes el adicionar inulina

favoreceriacutea la demanda de los consumidores

actuales los cuales buscan alimentos con

miacutenimo procesamiento y maacutes naturales (Peralta

2014) Sin embargo primero es necesario

conocer como la inulina modifica la humedad

cenizas pH soacutelidos totales y grasa del queso

tipo panela descremado

El objetivo general de esta investigacioacuten

fue analizar como la inulina en concentraciones

de 1 2 3 4 afecta la composicioacuten

fisicoquiacutemica del queso panela tipo descremado

Objetivos especiacuteficos

ndash Realizar anaacutelisis fisicoquiacutemicos de pH

humedad soacutelidos totales cenizas grasa

en los diferentes quesos y el control

ndash Determinar que concentracioacuten de inulina

(1 2 3 4 ) tuvo mayor impacto

en las propiedades fisicoquiacutemicas del

queso panela

Metodologiacutea a desarrollar

Materia prima

Para la elaboracioacuten del queso panela enriquecido

con inulina se utilizoacute leche bronca obtenida del

Centro de Ciencias Agropecuarias de la

Universidad Autoacutenoma de Aguascalientes

(UAA) La inulina de agave marca Enature se

adquirioacute en un supermercado de la ciudad de

Aguascalientes en febrero 2018 El cloruro de

calcio y el cloruro de sodio se obtuvieron del

Taller de laacutecteos del Aacuterea de Tecnologiacutea de

Alimentos de la UAA

Localizacioacuten

Los quesos panela enriquecidos con inulina y el

control fueron elaborados en el Taller de Laacutecteos

del Aacuterea de Tecnologiacutea de Alimentos los

anaacutelisis fisicoquiacutemicos se hicieron en el

Laboratorio de Control de Calidad del

Departamento de Tecnologiacutea de Alimentos

Estudio del proceso de elaboracioacuten de queso

panela y adicioacuten de inulina

Para realizar el queso panela con el diferente

contenido de inulina se estudioacute el proceso de

elaboracioacuten propuesto por el manual de la

SAGARPA (2015) Respecto a la inulina esta se

antildeadioacute antes de la coagulacioacuten como lo hizo

Gavilanes y German en el 2011 en un queso

crema y en la investigacioacuten de Ramiacuterez y Ponce

en el 2014 con un queso fresco donde

manifiestan que si la inulina estaacute presente

durante el proceso de coagulacioacuten puede formar

parte de la red estructural de proteiacutenas por la

unioacuten con agregados de la proteiacutena

Realizacioacuten de los quesos (control e inulina al

12 3 4)

La figura 1 muestra el diagrama de flujo que se

utilizoacute para la elaboracioacuten y los anaacutelisis

correspondientes de los quesos panelas con

inulina y control

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2019

Figura 1 Diagrama de flujo de la elaboracioacuten de los

quesos panela enriquecidos con inulina y control

Anaacutelisis fisicoquiacutemicos de los quesos

enriquecidos con inulina y el control

Respecto a los anaacutelisis fisicoquiacutemicos del queso

control y los quesos con inulina el pH se

determinoacute de acuerdo a la N M X-F-099-1970

con un pH-metro marca Hanna Hi 98163 El

contenido de humedad se realizoacute concorde a la

NMX-F-083-1986 para pesar los crisoles se

utilizoacute la balanza analiacutetica marca AampD GR 200

El porcentaje de cenizas fue conforme a la

NMX-F-094-1984 de igual manera los crisoles

se pesaron en la balanza analiacutetica marca AampD

GR 200 El contenido de soacutelidos totales de los

quesos panela se calculoacute por diferencia del

contenido de humedad ST=100 - humedad

Finalmente el anaacutelisis de grasa en los quesos se

hizo de acuerdo a la NMX-F-100-1984

Anaacutelisis estadiacutestico

Se realizoacute el anaacutelisis de la varianza (ANOVA) de

una viacutea En caso de que existieran diferencias

significativas se aplicoacute el anaacutelisis de

comparacioacuten muacuteltiple Tukey (plt005)

Empleando el programa estadiacutestico Statgraphics

Centurion XV

Resultados

En la tabla 1 se presentan los resultados de los

anaacutelisis fisicoquiacutemicos de las muestras de queso

y del control

Queso

panela

Ph Humedad

()

Cenizas

()

Soacutelidos

totales

()

Grasa ()

1 de

inulina

638plusmn001

a

6210plusmn053

a

337plusmn085

a

3790plusmn053

b

367plusmn029

bc

2 de

inulina

646plusmn001

c

6280plusmn036

ab

334plusmn005

a

3720plusmn036

ab

400plusmn000

c

3 de

inulina

644plusmn001

bc

6304plusmn073

ab

344plusmn013

a

3696plusmn073

ab

350plusmn000

b

4 de

inulina

643plusmn001

b

6411plusmn032

b

331plusmn004

a

3589plusmn032

a

300plusmn000

a

Control 645plusmn001

bc

6143plusmn127

a

358plusmn017

a

3857plusmn127

b

400plusmn000

a

Tabla 11 Resultados de las propiedades fisicoquiacutemicas de

los quesos panela con inulina y control (media y

desviacioacuten estaacutendar)

Diferentes letras en minuacutescula dentro de

las columnas indican diferencian significativas

(Tukey p=005)

pH

En cuanto al pH de las muestras de queso estas

se mantuvieron entre 638 y 646 (Graacutefico 1)

encontraacutendose diferencias estadiacutesticamente

significativas (ple005) seguacuten el ANOVA Los

quesos enriquecidos con inulina y control

mostraron un pH maacutes alto en comparacioacuten con

la NMX-F-092-1970 la cual refiere que el pH de

los quesos procesados tipo 1 (quesos procesados

para rebanar o cortar) deben tener un maacuteximo de

6

Sin embargo los valores de pH de los

cinco quesos coinciden con los del estudio de

Ramiacuterez y Veacutelez (2012) en quesos panela de

Meacutexico los cuales se encuentran entre 56 y 64

Estos resultados no coinciden con el estudio del

efecto de la adicioacuten de cultivo laacutectico e inulina

en la elaboracioacuten y evaluacioacuten sensorial del

queso fresco bajo en grasa por Ramiacuterez y Ponce

en el 2014 donde el pH no se modificoacute al agregar

la inulina al queso ademaacutes es conveniente aclarar

que en esta investigacioacuten no se adicionoacute cultivo

laacutectico

Graacutefico 1 Media y desviacioacuten estaacutendar del pH de los

quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Recepcioacuten Anaacutelisis

organoleacutepticoFiltrar

Precalentar a 38degC

DescremarAnaacutelisis

fisicoquiacutemicos

Pasteurizar a 72deg C por 15

segundos

Enfriar a 38degC

Separarla en ollas

Agregar inulina cuajo

y calcio

Agitar mezcla

Reposar 20-30 min

Trabajo mecaacutenico con

lira

Reposar 5-10 min

Calentar cuajo a 38deg

CSalar

Moldeado en canastas

Voltear a los 20 min

Reposar 2 horas

Empacar

RefrigerarAnaacutelisis

fisicoquiacutemicos

63

64

64

65

65

1 2 3 4 Control

pH

bcc

a

bbc

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Junio 2019 Vol6 No19 44-51

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO

Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

2019

Humedad

Con respecto al porcentaje de humedad ( Xw)

el graacutefico 2 muestra valores de 6143 a 6411

estando por encima de lo recomendado por la

NMX-F-092-1970 para quesos procesados tipo I

(valor maacuteximo 45 ) Por su parte Ramiacuterez y

Veacutelez (2012) obtuvieron valores de humedad del

orden de 532 y 583 en quesos panela Sin

embargo coincide en la investigacioacuten de

ldquoTextura y microestructura de quesos tipo

panela bajos en grasa y en colesterolrdquo por

Lobato Lozano y Vernon en el 2009 donde los

quesos panelas estuvieron en un rango de 605

a 669 Tambieacuten con la investigacioacuten de

Castro (2014) en la cual se adiciono un dextrano

a un queso de pasta hilada semigraso

observando que a mayor concentracioacuten del

dextrano el queso incrementaba su humedad

Concluyendo que cuando se antildeade mayor

cantidad de inulina aumenta el porcentaje de

humedad del queso panela esto concuerda con

el estudio de Monroy et al (2017) en el cual

elaboraron un queso anaacutelogo con proteiacutenas

exclusivas de lactosuero e inulina sus resultados

indicaron que el queso que conteniacutea prebioacutetico

tuvo mayor contenido de humedad La humedad

de los quesos puede deberse a que la inulina tiene

efectos sobre las propiedades reoloacutegicas del

queso principalmente por su capacidad de

retener agua y por su interaccioacuten sobre las

proteiacutenas (Ramiacuterez y Ponce 2014)

Graacutefico 2 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

humedad quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Cenizas

En relacioacuten al porcentaje de cenizas el queso

que tuvo el mayor contenido de fue el control no

obstante no se observaron diferencias

estadiacutesticamente significativas (Ple005) seguacuten el

ANOVA (graacutefico 3) En general el porcentaje de

cenizas en los cinco quesos estuvo dentro de los

liacutemites que la NMX-F-092-1970 establece

Asimismo estos valores coinciden con la

investigacioacuten por Urango en el 2012 en la

ldquoElaboracioacuten de un queso fresco semigraso

adicionado con fructooligosacaacuteridos (FOS)rdquo en

la cual el porcentaje de las muestras de queso

estuvo entre 307 y 369 No obstante fue mayor

en comparacioacuten del estudio en quesos frescos de

Ramiacuterez y Veacutelez en el 2012 debido a que se

agregoacute cloruro de calcio a la leche utilizada para

la elaboracioacuten de queso panela

Graacutefico 3 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

cenizas de quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Soacutelidos totals

En cuanto al porcentaje de soacutelidos totales

(graacutefico 4) se encontraron diferencias

estadiacutesticamente significativas (ple005) siendo

el control y el queso con 1 de inulina quienes

mostraron mayor de soacutelidos totales Los

valores no concuerdan con el estudio de Lopez

(2010) con un queso fresco en el cual su

promedio de solidos totales fue de 4020

Tampoco coincide con el porcentaje que marca

la NMX-F-092-1970 lo que puede estar

relacionado a la adicioacuten de la inulina

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 Control

X

w

ab aab ba

00

05

10

15

20

25

30

35

40

45

1 2 3 4 Control

d

e C

eniz

a

aaa a

a

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Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

2019

Grafico 4 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

soacutelidos totales de los quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas

(Tukey p=005)

Grasa

Con respecto al contenido de grasa los valores

se encontraron en los rangos de 3 y 4

(graacutefico 5) Estos resultados no coinciden con el

estudio por Garciacutea y Navarrete en el 2013 en un

queso fresco que se le antildeadioacute lactobacillus

acydophylus y harina de maiacutez e inulina el queso

con mayor contenido de simbioacutetico tuvo el

menor porcentaje de grasa El bajo contenido de

grasa en el queso incluso en el control

concuerda con el estudio de Lobato Lozano y

Vernon (2009) en el cual la leche que conteniacutea

135 gL de grasa obtuvo un queso panela con

95 de grasa Por lo que se deduce que al tener

una leche con bajo contenido de grasa se obtiene

un queso descremado de acuerdo al CODEX

STANDARD 221-2001 Concluyendo que la

inulina no influyoacute en el contenido de grasa de los

quesos panela descremados

Graacutefico 5 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

grasa en los quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Agradecimiento

A la Universidad Autoacutenoma de Aguascalientes y

la Universidad Autoacutenoma de Zacatecas por sus

facilidades prestadas para realizar esta

investigacioacuten

Conclusiones

De acuerdo a los resultados obtenidos se observoacute

que la inulina modificoacute el pH humedad cenizas

y soacutelidos totales del queso panela descremado

desde concentraciones al 1

Recomendaciones

Cuantificar inulina y fibra soluble en futuras

investigaciones para indicar la cantidad de

inulina que es retenida por el queso

Utilizar leche entera para la elaboracioacuten

del queso panela con inulina para analizar si

disminuye el porcentaje de grasa

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33

34

35

36

37

38

39

40

41

1 2 3 4 Control

S

oacuteli

dos

Tota

les

a

ababb

b

000

050

100

150

200

250

300

350

400

450

1 2 3 4 Control

G

rasa

a a

b

cbc

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Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum

y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la

alimentacioacuten de ovinos

Inclusion of flour made from the fruits of Enterolobium Cyclocarpum and Brosimum

Alicastrum as an isocaloric and isoproteic supplement in sheep feed

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y

PIMIENTA-BARRIOS Enrique Universidad de Guadalajara Centro Universitario de Ciencias Bioloacutegicas y agropecuarias` (CUCBA)Camino Ramoacuten

Padilla Saacutenchez 2100 Nextipac 44600 Zapopan Jalisco

ID 1er Autor Alicia De Luna-Vega

ID 1er Coautor Mariacutea Luisa Garciacutea-Sahaguacuten

ID 2do Coautor Salvador Gonzaacutelez-Luna

ID 3er Coautor Enrique Pimienta-Barrios

DOI 1035429JCPE20191965261 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

El estudio se realizoacute en el municipio de Cabo Corrientes

localidad de Chacala donde se encuentran distribuidas las

especies en estudio en forma natural Se realizaron anaacutelisis

bromatoloacutegico del fruto de B alicastrum y E cyclocarpum como

alternativa para mejorar la produccioacuten animal al incrementar el

consumo de proteiacutena energiacutea y minerales en la dieta del ganado

Se realizoacute anaacutelisis bromatoloacutegico de proteiacutena cruda (PC)

extracto eteacutereo (EE) y extracto libre de nitroacutegeno (ELN) usando

el meacutetodo de Wendee (AOAC 1990) fibra detergente neutra

(FDN) fibra detergente aacutecida (FDA) celulosa hemicelulosa y

lignina (Van Soest y Wine 1967) con el equipo ANKOM

Calcio y foacutesforo por colorimetriacutea potasio mediante la teacutecnica

del flamoacutemetro (Van Soest 1979) magnesio azufre y cobre por

el meacutetodo de TMECC 0406 413 La calidad nutritiva se

analizoacute en materia seca cenizas grasa y fibra cruda Se obtuvo

diferencia significativa entre especies en proteiacutena (2290 vs

1088) fibra (724 vs 1318) y ELN donde el valor maacutes alto fue

para B alicastrum (6702) comparado con E cyclocarpum

(6045) La inclusioacuten de harina de los frutos de E cyclocarpum

y de B alicastrum en las raciones alimenticias de los ovinos

mejoroacute el consumo El aumento de peso y la conversioacuten

alimenticia fueron mejores con la inclusioacuten del 10 El valor

econoacutemico de las raciones alimenticias con la inclusioacuten de las

harinas de los frutos de E cyclocarpum y de B alicastrum fue

menor que el de la dieta testigo en ovinos estabulados lo que

permitioacute mantener su desarrollo con una disminucioacuten

significativa de los costos de produccioacuten

Aacuterboles Forrajeros Rumiantes Suplementacioacuten

Abstract

Study was performed in Chacala Cabo Corrientes where the

species in study are widely distribuited in a natural form

Bromatologic analisis of fruit of B alicastrum and E

Cyclocarpum were performed as an alternative to improve

animal production increasing protein consumption energy and

minerals on the livestock diet Bromatologic analysis was made

for crude protein (CP) etereum extract (EE) and nitrogen free

extract (NFE) with Wendee method (AOAC 1990) neutral

detergent fiber (NDF) acid detergent fiber (ADF) cellulose

hemicellulose and lignin (Van Soest and Wine 1967) with

ANKOM equipment Calcium and phosphorus for colorimetry

potasium with flamometer technique (Van Soest 1979)

magnesium sulphur and copper with TMECC 0406 413

method Nutritional quality was analized on dry matter ashes fat

and crude fiber Significative difference was obtained between

species on protein (2290 vs 1088) fiber (724 vs 1318) and

NFE were the higgest value was for B alicastrum (6702)

compared with E cyclocarpum (6045) Inclussion of fruit

flour from E cyclocarpum and B alicastrum on ovine alimentary

rations improvement consumption Weight increase and

alimentary convertion were better with the 10 inclussion

Economic value of alimentary rations with inclussion of fruit

flour of E cyclocarpum and B alicastrum was lower than

witness diet on stabuled ovine permiting maintain development

with significative decrease of production costs

Forage Trees Ruminants Supplementation

Citacioacuten DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e

isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 52-61

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico dva20851cucbaudgmx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

Entre las diferentes alternativas disponibles para

reducir el deterioro ambiental producido por el

auge expansionista de la ganaderiacutea tradicional

extensiva en el troacutepico mexicano se tiene la

implementacioacuten de praacutecticas de tipo

agroforestal que impulsa la integracioacuten de

aacuterboles y arbustos con la produccioacuten animal y

que podriacutea dar la pauta para el desarrollo de

sistemas de produccioacuten sustentable que no atente

contra el fraacutegil equilibrio ecoloacutegico del troacutepico

mexicano que incluso pudiera mejorar el

comportamiento animal como ganancia de peso

consumo de alimento y conversioacuten alimenticia

sin tener que depender de recursos externos

(Laker 1994)

Bajo la presioacuten de producir alimentos en

sistemas que mantengan estables su produccioacuten

y rentabilidad a largo plazo sin generar

inequidad social y preservando todos los

recursos naturales bajo el paradigma de la

sostenibilidad han cobrado especial importancia

el uso de aacuterboles forrajeros como fuente viable

para la alimentacioacuten animal y maacutes recientemente

el manejo de sistemas silvopastoriles que

integran el uso de pasturas aacuterboles y animales

con diferentes objetivos y estrategias de

produccioacuten (Giraldo 1996a)

En Meacutexico existe una gran variedad de

especies arboacutereas y arbustivas que tienen

potencial par a ser incorporadas en los sistemas

de produccioacuten en el troacutepico (Soto et al 1997)

los cuales podriacutean introducir elementos de

sostenibilidad en los sistemas actuales (Enkerlin

et al1997) al hacerlo menos dependiente de

insumos externos concentrados energeacuteticos y

proteicos que tienen que ser adquiridos a costos

elevados por los ganaderos (Laker 1994)

La explotacioacuten pecuaria intensiva

requiere de altas inversiones en las que el

alimento generalmente representa entre el 60 y

80 de los costos totales de produccioacuten (Bondi

1988) Los principios nutritivos son compuestos

quiacutemicos contenidos en los alimentos que

resultan necesarios para el mantenimiento la

reproduccioacuten produccioacuten y salud de los

animales Los maacutes importantes son agua

carbohidratos grasas proteiacutenas minerales y

vitaminas (Bondi 1988) Las proteiacutenas son

necesarias en la alimentacioacuten animal por las

numerosas funciones que desarrollan en el

organismo animal

Objetivo general

Por lo cual dentro de los objetivos del presente

trabajo es evaluar aspectos nutritivos del fruto de

estas especies arboacutereas para incorporarlas a los

sistemas de explotacioacuten pecuaria como una

alternativa para mejorar el rendimiento animal

al incrementarse el consumo de proteiacutena energiacutea

y minerales en la dieta del ganado a un costo

reducido

Objetivos particulares

1 Determinar la calidad nutritiva de la

harina de los frutos de E cyclocarpum y

B alicastrum (MO) proteiacutena cruda (PC)

fibra detergente neutra (FDN) fibra

detergente aacutecida (FDA) de los frutos de

E cyclocarpum y B alicastrum

2 Evaluar el comportamiento de ovinos al

incluir la harina de frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum en su dieta

alimenticia

3 Estimar el valor econoacutemico de las

raciones en estudio

Materiales y meacutetodos

Localizacioacuten

El estudio se realizoacute en el municipio de Cabo

Corrientes en la localidad de Chacala donde se

encuentran ampliamente distribuidas las

especies en estudio dentro de los tipos de

vegetacioacuten de selva mediana subcaducifolia La

Comunidad se ubica a 31 km al Noroeste de la

poblacioacuten de El Tuito cabecera municipal de

Cabo Corrientes Jal en las coordenadas

20deg10rsquo55rsquorsquo a los 20deg31rsquo00rsquorsquo de latitud norte y de

los 105deg10rsquo00rsquorsquo a los 105deg41rsquo25rsquorsquo de longitud

oeste El municipio limita al norte con el de

Puerto Vallarta y el Oceacuteano Paciacutefico al sur con

el de Tomatlaacuten al oriente con el de Talpa de

Allende y al poniente con el Oceacuteano Paciacutefico

Aspectos nutricionales de las especies en

estudio

La determinacioacuten de la composicioacuten quiacutemica de

los frutos se realizoacute en el laboratorio de nutricioacuten

animal del Departamento de Produccioacuten

Animal de la Divisioacuten de Ciencias Veterinarias

para medir las fracciones quiacutemicas de los frutos

por anaacutelisis bromatoloacutegico de proteiacutena cruda

(PC) extracto eteacutereo (EE) y extracto libre de

nitroacutegeno (ELN)) usando el meacutetodo de Wendee

(AOAC 1990)

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LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Se determinaron las fracciones de fibra

detergente neutra (FDN) fibra detergente aacutecida

(FDA) celulosa hemicelulosa y lignina (teacutecnica

de Van Soest y Wine 1967) con el equipo

ANKOM Minerales El calcio y foacutesforo fueron

analizados por meacutetodos colorimeacutetricos el

potasio se analizoacute mediante la teacutecnica del

flamoacutemetro (Van Soest 1979) magnesio azufre

y cobre por el metodo de TMECC 0406 413

Prueba de comportamiento Se llevoacute a cabo una

prueba de comportamiento con ovinos pelibuey

en la cual se evaluoacute el consumo de alimento

aumento de peso y conversioacuten alimenticia

ademaacutes de un anaacutelisis econoacutemico con

porcentajes de 10 y 20 de inclusioacuten de harina

de los frutos en estudio maacutes las dietas testigo

(0 de harina de frutos)

Tratamientos estudiados

El trabajo experimental consistioacute en evaluar tres

tratamientos con los porcentajes de inclusioacuten de

0 10 y 20 de harina de E cyclocarpum y de

B alicastrum en dietas isocaloacutericas e

isoproteacuteicas T1 T4 = 0 T2 T5 = 10 T3 T6 =

20 para cada una de las harinas de los frutos

arboacutereos Los ingredientes y anaacutelisis

bromatoloacutegicos de ingredientes y mezclas se

muestran en los Tablas del 1 al 3

Testigos E cyclocarpum B alicastrum

Ingredientes 10 20 10 20

Rastrojo de maiacutez 2700 5450 2700 5400 2700

Alfalfa 1200 - 1 740 - 1320

Trigo 2200 - 480 - 480

Sorgo 2000 1700 1500 1500 1500

Melaza 1210 1000 1000 1000 1000

Harina de pescado 200 320 100 570 520

E cyclocarpum - 1000 2000 - -

B alicastrum - - - 1000 2000

Roca fosfoacuterica 100 100 100 100 100

Carbonato de calcio 100 100 100 100 100

Vitaminas 025 025 025 025 025

Minerales 005 005 005 005 005

Sal 100 100 100 100 100

Urea 160 200 150 200 150

Totales 10000 10000 10000 10000 10000

Tabla 1 Porcentajes de E cyclocarpum y B alicastrum e

ingredientes utilizados en cada tratamiento por dieta

Alfalfa Trigo Sorgo H pescado Ecyclocarpum Balicastrum

Humedad 104 103 95 75 387 203

Cenizas 120 34 23 151 425 525

Proteiacutena 211 11 107 641 229 1088

Grasa 15 14 32 104 129 107

Fibra 165 30 28 00 724 1318

ELN 376 709 714 29 6045 6702

Materia seca 896 897 905 925 9613 9797

M Orgaacutenica 880 9660 977 849 9575 9448

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Tabla 2 Anaacutelisis bromatoloacutegico de los ingredientes

incluidos en los tratamientos de la harina de frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum reportado en

Testigos E cyclocarpum B alicastrum

Concepto 0 10 20 10 20

Humedad 1050 1000 1030 1051 1120

Cenizas 1060 1010 1015 1031 1030

Proteiacutena 1590 1540 1543 1546 1543

Grasa 140 140 145 120 100

Fibra 1060 1010 1518 1029 1030

ELN 5100 5300 4749 5223 5177

Materia seca 8950 9000 8970 8949 8880

Materia orgaacutenica 8940 8990 8985 8969 8970

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Tabla 3 Anaacutelisis bromatoloacutegico de los tratamientos

estudiados

Materiales utilizados

En la presente investigacioacuten se utilizoacute una nave

para ovinos con una dimensioacuten de 10 m de ancho

por 40 m de largo con techo de laacutemina aislante

piso de cemento con las ventanas hacia el norte

y hacia el sur el enjarre es de cemento pintado

de blanco

En esta nave se lotificaron 24 corrales de

dos metros de ancho x tres de largo cada uno

separado con tubos de fierro con un diaacutemetro de

tres pulgadas Para el suministro de agua y

alimento se utilizaron comederos y bebederos de

plaacutestico Se dispuso de dos baacutesculas de

precisioacuten una con capacidad de 2600 kg para

pesar los minerales y la otra de 120 kg para pesar

los ovinos y los ingredientes de los tratamientos

asiacute como un molino de martillos con una criba

de dos mm y una revolvedora horizontal para

moler y mezclar los ingredientes de cada racioacuten

Se utilizaron un total de 72 ovinos de la raza

Pelibuey con un peso promedio de 25 kg

vacunada y desparasitados interna y

externamente

Procedimiento experimental

Los frutos de E cyclocarpum y B alicastrum

fueron secados al sol durante ocho diacuteas

consecutivos y despueacutes molidos en un molino de

martillo la mezcla de los ingredientes se hizo en

una revolvedora horizontal Un total de seis

tratamientos con cuatro repeticiones (tres

animales por repeticioacuten y 24 por tratamiento)

fueron estudiados bajo un disentildeo experimental

de bloques al azar boqueado por el peso de los

animales en ligeros (l) n= 12 con un peso

promedio de 24 kg medianos (m) n= 12 peso

promedio 25 kg y pesados (p) n= 12 peso

promedio 26 kg El peso promedio de los

animales por tratamiento fue de 25kg

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LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Cada animal se aretoacute con un nuacutemero

progresivo despueacutes fueron distribuidos en los

diferentes tratamientos Se desparasitoacute con

ivermectina (Ivomec) y se vacunoacute contra las

enfermedades maacutes comunes en la zona

(septicemia hemorraacutegica carboacuten sintomaacutetico y

edema maligno) aplicando Bacterina Triple y

contra Aacutentrax Despueacutes de distribuidos los

animales se les dio agua para evitar la

deshidratacioacuten Tuvieron un periodo de 8 diacuteas de

adaptacioacuten para las nuevas dietas en estudio

El experimento tuvo una duracioacuten de 72

diacuteas durante el cual se registraron las siguientes

mediciones

a Ganancia peso Los animales se pesaron

al inicio del experimento y despueacutes a

intervalos regulares cada 14 diacuteas con un

ayuno previo de 24 horas de alimento y

agua Las ganancias de peso catorcenal

se obtuvieron por diferencia entre dos

pesadas consecutivas

b Consumo de alimento El agua fue

ofrecida ad libitum El alimento se

pesaba y se ofreciacutea el 50 a las 9 de la

mantildeana y 50 a las 6 de la tarde al diacutea

siguiente a las 8 de la mantildeana se

recolectaban el alimento rechazado se

pesaba y por diferencia se sacoacute el

consumo diario

Los paraacutemetros a medir fueron

ndash Peso diario de alimento proporcionado a

los ovinos

ndash Peso del alimento rechazado diariamente

ndash Peso corporal de los ovinos

catorcenalmente despueacutes de una dieta de

24 horas y anaacutelisis econoacutemico de las

raciones

ndash Los paraacutemetros indirectos fueron

ndash Kg de alimento consumido por diacutea

ndash Ganancia media diaria de peso

ndash Conversioacuten alimenticia

Disentildeo experimental

El experimento se desarrolloacute bajo un disentildeo de

bloques al azar bloqueado por el peso de los

animales en ligero (l) mediano (m) y pesado (p)

El modelo estadiacutestico utilizado fue Yij + M +

Ti + Bj + TiBj

Doacutende

Yij = Variable de respuesta

M = Media ponderada

Ti = Efecto de tratamiento i-esimo

Bj = Efecto del bloque j-iesimo

Ti Bj = Interaccioacuten entre tratamiento i-esimo y

bloque j-iesim

Variables bajo estudio

Ganancia de peso

Consumo de alimento

Conversioacuten alimenticia

Los resultados fueron analizados

mediante ANOVA Utilizando los

procedimientos del paquete estadiacutestico

STATISCA 60 se hizo la comparacioacuten de

medias con la prueba de Tukey (Plt005)

Resultados y discusioacuten

Aspectos nutricionales de las especies

arboacutereas en estudio

La calidad nutritiva en cuanto a MS PC MO

ELN humedad cenizas grasa y fibra cruda La

uacutenica diferencia significativa encontrada entre

las especies en estudio correspondioacute a la proteiacutena

(2290 vs 1088) fibra (724 vs 1318) y

elementos libres de nitroacutegeno (ELN) (6045 vs

6702) (Tabla 4)

ELN estaacute representado principalmente

por los azuacutecares solubles de muy faacutecil digestioacuten

EL valor maacutes alto fue B alicastrum (6702)

comparado con el E cyclocarpum (6045)

El ELN en estos frutos es de suma

importancia para el balance de energiacutea y proteiacutena

en el rumen ya que representa una fuente de

energiacutea faacutecilmente fermentable la cual es

aprovechada raacutepidamente por la flora

microbiana para todos los procesos de siacutentesis

Corroborando lo publicado por Bondi 1988 con

el contenido de ELN de estos frutos estamos

proporcionando a los rumiantes un fuente de

energiacutea para la flora microbiana que esta a su

vez proporcionaraacute al animal mayor capacidad

de digestioacuten y aprovechamiento de los

nutrientes

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Determinacioacuten E

cyclocarpum

B

alicastrum

Humedad 387 203

Cenizas 425 552

Proteiacutena 2290 1088

Grasa 129 107

Fibra 724 1318

ELN 6045 6702

Materia seca 9613 9797

FDN 3458 1937

FDA 3128 1725

Lignina 2566 1225

Celulosa 526 425

Hemicelulosa 330 287

Nitroacutegeno 366 174

Foacutesforo 030 020

Potasio 086 100

Calcio 027 020

Magnesio 078 076

Azufre 022 024

Cobre ppm 556 552

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Fibra detergente neutro (FDN) fibra detergente aacutecida

(FDA)

Tabla 4 Anaacutelisis quiacutemico proximal de la harina de los

frutos de E cyclocarpum y B alicastrum reportados en

porcentaje

El contenido de proteiacutena cruda (PC)

obtenido en B alicastrum (1088) resulto maacutes

bajo de lo esperado comparado con otras

investigaciones entre ellos Sosa et al 2004

(1381) Palma 2006 (1304) sentildealaron que

la proteiacutena variacutea del 12 al 20 sin embargo

Carranza et al 2003 que reportaron 865 y

968 valores maacutes bajos encontrados en este

trabajo Para el E cyclocarpum (Carranza et al

2003 Cecconello et a 2003) reportaron 1828

y 1410 teniendo una variacioacuten con los valores

reportados por parte de Aacutelvarez et al 2003

reportoacute en PC 172 Palma en el 2006 encontroacute

el 1549 valores maacutes bajos a los encontrados

en este trabajo

Esta variacioacuten se puede deber que estos

autores sus investigaciones fueron realizados en

diferente estados y diferentes eacutepocas Por su

parte Barrientos (2006) reportoacute para la harina

del fruto E cyclocarpum valores de 2792 de

proteiacutena en Tomatlaacuten de 1944 en la Cruz de

Huanacaxtle 3179 en Autlaacuten 2285 en la

Huerta todos en el estado de Jalisco En general

en estas discrepancias pueden influir las

condiciones edafoloacutegicas del sitio y diferentes

periacuteodos de estudio

Fracciones de fibra de la harina de los frutos

de E cyclocarpum y B alicastrum

Con relacioacuten a las fracciones de fibra para las

diferentes harinas de los frutos en estudio se

muestran en el Tabla 4 Los contenidos de fibra

total expresados como FDA y FDN para E

cyclocarpum variaron entre 3128 y 3458 y

para B alicastrum 1725 1937

concernientemente lo cual puede indicar que la

disponibilidad de nutrientes en los frutos

completos es variable dependiendo del nivel de

fibra presente

El promedio de FDN y FDA para E

cyclocarpum son superiores a los reportados por

Cecconello et al 2003 (2753 199) y Sosa et

al 2004 (4120 y 2483) Estos valores son

muy parecidos a los reportados por Febles et

al (1999) donde los estimaciones son FDN

415 FDA 298 lignina (lig) 58 celulosa (cel)

225 y hemicelulosa (hemi) 117 Es posible

que la diferencia encontrada con estos autores se

deba a que estos frutos fueron evaluados en

diferente paiacutes por lo tanto diferentes

condiciones climaacuteticas y edafoloacutegicas

Dentro de los trabajos realizados con

frutos de B alicastrum se encuentran los de

Lizarraga et al 2001 Sosa et al 2004 los

cuales reportaron valores de 375 285 6750

4710 615 40 y 4348 en FDN y FDA por

su parte Delgado et al (2000) reportaron los

siguientes valores (FDN 558 FDA 358 lig 83

cel 25 y hemi 20) valores muy superiores a los

encontrados en este trabajo

Contenido de minerales de la harina de los

frutos de las arboacutereas en estudio

El contenido de minerales de la harina de E

cyclocarpum y B alicastrum se observan en el

Tabla iquest4 donde el potasio se encuentra en mayor

porcentaje en el fruto de B alicastrum con 100

con respecto a la harina de E cyclocarpum

(086) sin embargo nitroacutegeno (N) (366) se

encuentra en mayor cantidad en la harina de E

cyclocarpum Delgado et al (2000) sentildealaron

que el E cyclocarpum contiene el uno porciento

de foacutesforo y calcio Sin embargo Carranza et al

(2003) y Sosa et al (2004) encontraron los

valores de 09 451 117 19 ppm para estos

mismos minerales

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En un trabajo publicado por Cecconello

et al (2003) reportaron valores de 226 029

036 077 023 y 555 ppm para nitrogeno

foacutesforo calcio magnesio (Mg) azufre (S) y

cobre (Cu) Son valores muy similares a los

reportados en este trabajo con la diferencia de

que ellos evaluaron en Venezuela Por su parte

Romaacuten et al (2004) publicaron los siguientes

resultados 245 de N 117 19 029 ppm de P

K y Calcio Barrientos (2006) reportoacute para la

harina del fruto completo de E cyclocarpum

valores de 221 159 081 032 019 027

0052 y 0034 de N Ca K Mg sodio (Na) P

Cu y fierro en la localidad de Tomatlaacuten Jalisco

Destacandose el N (366) de los reportados

por los otros autores Para B alicastrum

Carranza et al (2003) reportaron 014 y 267

de foacutesforo y calcio Romaacuten et al (2004)

encontraron 154 de N 4 20 065 ppm de P

K y Ca respectivamente Los valores reportados

por estos autores son similares a los obtenidos en

este trabajo las diferencias pueden ser por la

calidad del sitio y antildeo de observacioacuten

Prueba de comportamiento

El consumo de alimento diario para el

tratamiento de las dietas testigo la inclusioacuten del

10 y el 20 de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum no se encontroacute

diferencia significativa (Pgt005) entre los

tratamientos al realizar el anaacutelisis de varianza

La inclusioacuten de los diferentes niveles de harina

de E cyclocarpum y B alicastrum no modificoacute

explicativamente el consumo de alimento con

respecto a la racioacuten testigo Estos datos se

pueden observar maacutes objetivamente en el Tabla

5

Tratamientos E cyclocarpum

(g)

B alicastrum

(g)

T1 y T4 289a 292b

T2 y T5 291a 294ordf

T3 y T6 297a 301ordf

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de inclusioacuten

No hay diferencia significativa entre tratamientos

(Plt005)

Tabla 5 Consumo de alimento diario para los ovinos en

los seis tratamientos

Auacuten el no existir diferencias estadiacutesticas

en el consumo de las diferentes raciones en

estudio los resultados mostraron una tendencia

positiva entre el consumo y el nivel de inclusioacuten

de harina de E cyclocarpum y B alicastrum en

la dieta

Esta tendencia difiere con los resultados

obtenidos por Gonzaacutelez et al (1989) quienes

encontraron un menor consumo de materia seca

al comparar un nivel de inclusioacuten de 311 en

contra de 0 y 155 de E cyclocarpum

Gonzaacutelez et al (1989) y Amaro et al (1993)

sentildealan que el maacuteximo consumo voluntario de

materia seca se encontroacute en los niveles de

inclusioacuten del 31 y el 48 en tanto que Bonilla

(1999) indicoacute que el consumo voluntario

aumento conforme se incrementoacute la inclusioacuten de

la harina de E cyclocarpum en la dieta de 40 a

61 Los resultados anteriores mostraron una

gran variacioacuten entre la relacioacuten que guardan el

nivel de inclusioacuten de la harina de los frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum y el consumo de

alimento de las diferentes raciones este

fenoacutemeno pudiera estar explicado por los

diferentes tiempos de secado del fruto y de

almacenado de la harina referidos por los

distintos autores

En este estudio el fruto fue secado al sol

durante 10 diacuteas por espacio de ocho horas el

fruto fue molido y ofertado a los animales con un

periodo de acopio de seis meses mientras que

Peacuterez y Zapata (1993) utilizaron ocho diacuteas de

exposicioacuten y un periacuteodo corto de almacenaje en

tanto Alvarez et al (2003) utilizaron la harina

de E cyclocarpum despueacutes de un antildeo de

almacenaje Este periodo de almacenaje pudo

influir en algunas de las caracteriacutesticas

organoleacutepticas del alimento modificando su

consumo tanto en el E cyclocarpum como el B

alicastrum

Aumento de peso

En cuanto al aumento de peso diario para los

diferentes tratamientos se observoacute diferencias

significativas (Plt005)

Tratamientos E cyclocarpum

(g)

B alicastrum

(g)

T1 y T4 242a 230a

T2 y T5 220a 238a

T3 y T6 167b 198b

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de inclusioacuten

Letras diferentes en lineas indican diferencia significativa

(Plt005)

Tabla 6 Aumento de peso diario de los ovinos en los

diferentes tratamientos

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Los resultados de Gonzaacutelez et al (1989)

mencionaron ganancias de peso diario de 96 a

102 g con niveles de inclusioacuten de 15 y 30 de

harina de E cyclocarpum en raciones basadas

en 73 y 63 de rastrojo de maiacutez

respectivamente Peacuterez et al (1991)

encontraron 101 y 141 g de aumento de peso con

inclusiones de 10 y 20 de la harina cuando

proporcionaron 40 de rastrojo de maiacutez y 20

de sorgo con animales criollos y de un peso

inicial de 22 kg Bonilla (1999) reportoacute que

cuando se utilizaron niveles de 12 y 24 de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum en una

dieta con un contenido de 40 de rastrojo de

maiacutez y 14 de grano de sorgo obtuvo un

aumento de peso de 127 gdiacutea

Aacutelvarez et al (2003) en un trabajo

realizado con harina de E cyclocarpum y

gallinaza con inclusiones del 15 y el 30 obtuvo

una ganancia de peso diaria de 86 y 74 g Por

otro lado Peralta et al (2004) reporta 168 160

y 125 g de aumento de peso con niveles de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum de 10 20

y 30 Como podemos observar en este trabajo

los aumentos de peso fueron superiores a los

reportados por otros autores mientras que las

tablas de nutricioacuten (NRC 1996) recomienda el

16 de proteiacutena para animales confinados de

razas especializadas con un promedio de 20 a 25

kg de peso y para ganancia de peso de 250 y 300

g por diacutea valores muy similares a los obtenidos

en este trabajo

Conversioacuten alimenticia En la conversioacuten

alimenticia se observan diferencias

significativas (Plt005) para el tratamiento de la

inclusioacuten del 20 de harina de E cyclocarpum

y de B alicastrum en relacioacuten con los demaacutes

tratamientos (Tabla 7)

Tratamientos E

cyclocarpum

(kg)

B

alicastrum

(kg)

T1 y T4 613b 1 651b 1

T2 y T5 678b 1 636b 1

T3 y T6 705a 1 781a 1

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de

inclusioacuten

Tabla 7 Conversioacuten alimenticia para los ovinos en los

diferentes tratamientos

Letras diferentes en columnas hay

diferencia significativa (Plt005)

La conversioacuten alimenticia de los

animales en todos los tratamientos con inclusioacuten

de harina de fruto de E cyclocarpum fue mejor

a la encontrada por Bonilla (1999) quien al

utilizar una inclusioacuten de 48 en la racioacuten obtuvo

una conversioacuten alimenticia de 81 (es decir que

necesita ocho unidades de alimento para

producir una de carne)

Por otro lado Aacutelvarez et al (2003)

utilizando 30 de harina de E cyclocarpum y

hasta un 20 de rastrojo de maiacutez en la dieta

obtuvo una conversioacuten de 7471

Peralta et al (2004) en un trabajo

realizado con ovinos estabulados y utilizando la

inclusioacuten de 10 20 y 30 de E cyclocarpum

encontroacute que la conversioacuten alimenticia fue

estadiacutesticamente similar para todos los

tratamientos (471 391 y 471) superior al

encontrado en esta investigacioacuten

Finalmente Peacuterez et al 1991

mencionaron que con la inclusioacuten de 20 de

harina de frutos de E cyclocarpum se consiguioacute

la mayor conversioacuten alimenticia (698) y el

menor costo de produccioacuten por concepto de

alimentacioacuten ($220) resultando similar al

encontrado en este trabajo

El costo estimado de alimento por kilogramo

de carne producida

Para los tratamientos estudiados en ovinos en

estabulacioacuten lo podemos observar en el (Tabla

8) el costo maacutes bajo correspondioacute a la inclusioacuten

del 10 de E cyclocarpum y el maacutes alto para

la dieta testigo Los costos de la alimentacioacuten

decrecieron en un 14 a un 26 por kg de carne

producida comparado con la racioacuten testigo

(Tabla 8)

Se calculoacute el costo por kilogramo de la

harina de los frutos de E cyclocarpum y de B

alicastrum considerando el salario miacutenimo de la

localidad aplicado a mano de obra para

recoleccioacuten molienda e integracioacuten a los

tratamientos estudiados

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Testigo Ecyclocarpum B alicastrum Costokg

de

ingrediente

Ingredientes 10 20 10 20

Rastrojo de maiacutez

2700 5450 2700 5450 2700 165

Alfalfa 1200 - 1 740 - 1320 255

Trigo 2200 - 480 - 480 285

Sorgo 2000 1700 1500 1500 1500 235

Melaza 1450 1000 1000 1000 1000 200

Harina de

pescado

200 320 100 550 520 800

Harina de frutos - 1000 2000 10 20 200

Roca fosfoacuterica 100 100 100 100 100 140

Carbonato de calcio

100 100 100 100 100 380

Vitaminas 025 025 025 025 025 900

Minerales 005 005 005 005 005 095

Sal 100 100 100 100 100 145

Urea 160 200 150 200 150 430

Totales 10000 10000 10000 10000 10000

Costokg de

Alimento

245 213 221 242 244

Tabla 8 Porcentaje de los Ingredientes de las raciones en

estudio

Tratamientos Conversioacuten

alimenticia

Costo por

kg de

racioacuten

Costo alimento

kg de carne

producido

E cyclocarpum

T1 636a 1 280 1780

T2 678a 1 229 1552

T3 705b 1 181 1276

B alicastrum

T4 651a 1 280 1823

T5 613a 1 235 1441

T6 781b 1 204 1593

A b c literal diferente por columna indica diferencia

estadiacutestica (Plt005)

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de

inclusioacuten

Tabla 9 Conversioacuten alimenticia y costo estimado en los

diferentes tratamientos en ovinos en estabulacioacuten

El costo del kilogramo de carne

producida el maacutes bajo correspondioacute al 10 de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum aunque

este tratamiento no fue el mejor en cuanto a

consumo de alimento y conversioacuten alimenticia

esto se puede deber a que la fuente proteica de la

racioacuten es la de mayor costo y con esta inclusioacuten

del 10 se bajan los costos de produccioacuten

Peralta et al (2003) mencionaron que el costo

de alimento por carne producida en ovinos en

estabulacioacuten para la dieta testigo fue de $1076

en las inclusiones del 10 20 y 30 de harina de

frutos de E cyclocarpum fue de 935 721 y

837 respectivamente sus costos fueron menores

a los encontrados en este trabajo este fenoacutemenos

se puede deber a que no le asignaron un costo a

la harina de los frutos o que la fecha de la

investigacioacuten fue tres antildeos anteriores a este

trabajo porque los costos de los insumos

aumentan considerablemente antildeo con antildeo

Conclusiones

La inclusioacuten de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum en las raciones

alimenticias de los ovinos mejoroacute el consumo

El consumo de alimento fue mejor con la

inclusioacuten del 10 de B alicastrum La

conversioacuten alimenticia y el aumento de peso fue

mejor para la dieta testigo T1

El valor econoacutemico de la racioacuten

alimenticia con la inclusioacuten de las harina de los

frutos de E cyclocarpum el mejor fue con el

10 como sustituto de una fuente proteica en

ovinos estabulados lo que permitioacute mantener su

desarrollo con una disminucioacuten significativa de

los costos de produccioacuten Hay que considerar

que el costo se calculoacute con el de la mano de obra

local y no puede aplicarse a nivel nacional o

internacional

La inclusioacuten de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum en la

alimentacioacuten de rumiantes es una alternativa

teacutecnicamente viable dependiendo del nivel de

inclusioacuten la distancia y los costos de transporte

a las plantas de produccioacuten

la respuesta productiva encontrada en los

ovinos suplementados con frutos de leguminosas

arboacutereas estaacute asociada principalmente con

aumento en el consumo voluntario de materia

seca y energiacutea digestible mayor flujo de

proteiacutena microbial al duodeno y un mejor

balance entre nutrientes gluco y cetogeacutenicos

Referencias

Aacutelvarez M Melgarejo M y Castantildeeda N

2003 Ganancia de peso conversioacuten y eficiencia

alimentaria en ovinos alimentados con fruto

(semilla y vaina) de E cyclocarpum

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vivo de dietas con inclusioacuten de vaina de

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Association of Official Anallytical Chemists 5ed

(P A Cunnif ed) AOAC International

Arlington p 2000

60

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 52-61

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-

LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Barrientos R L 2006 Variacioacuten en la

composicioacuten proteacuteica de la semilla madura de

parota (Enterolobium cyclocarpum Jacq Griseb)

en el centro ndash occidente de Meacutexico Tesis de

Doctor en Ciencias Agraverea de Eacutecologiacutea CUCBA

Univ de Guad pp 42- 47

Bondi A 1988 Nutricioacuten Animal Editorial

Acribia SA Zaragoza Espantildea pp544

Bonilla CJ 1999 Uso de vainas de parota en

dietas para finalizacioacuten de ovinos En 500

Tecnoacutelogias Llave en Mano Primera Edicioacuten

SAGAR-INIFAP Meacutexico DF p 20

Carranza M M Sanchez V L Pineda L R

Cuevas G R 2003 Calidad y potencial forrajero

de especies del bosque tropical caducifolio de la

sierra de Manantlan Meacutexico Agrociencia

marzo-abril No 02 Colegio de Posgraduados

Texcoco Mexico pp 206-207

Cecconello C Benezra M Obispo N 2003

Composicioacuten quimica y degradabilidad ruminal

de los frutos de algunas especies forrajeras

lentildeosas de un bosque seco tropical Zootecnia

Tropical 21(2) pp 149 - 165

Delgado Denia C O La O Bertha Chongo

Juana Galindo y Yusleidys Santos 2000

Determinacioacuten del valor nutritivo del follaje de

dos aacuterboles forrajeros tropicales Brosimun

alicastrum y Bauhinia galpinii IV Taller

Internacional Silvopastoril Los aacuterboles y

arbustos en la ganaderia tropical 29 de

noviembre-1ro De diciembre del 2000 Tomo 1

Estacioacuten experimental de pastos y forrajes

ldquoIndio Hatueyrdquo Cuba pp 102 - 104

Enkerlin EC Cano G Garza RA Y Vogel

E 1997 Ciencia Ambiental y Desarrollo

Sostenible International Thomson Editores

Meacutexico DF p 666

Febles G Ruiz TE Chongo J Alonso O I

Scull H Gutierrez D y Hernaacutendez L 1999

Evaluacioacuten de diferentes especies de aacuterboles y

arbustos para el desarrollo de sistemas

silvopastoriles en el troacutepico Memorias del

primer congreso latinoamericano de

agroforesteria para la produccioacuten animal

sostenible Cali Colombia pp 1 - 9

Giraldo L A 1996a Efecto de tres Densidades

de Aacuterboles en el Potencial Forrajero de un

Sistema Silvopastoril Natural IN Memorias

Seminario Internacional Sistemas

Silvopastoriles Casos Exitosos y su Potencial en

Colombia Santafeacute de Bogotaacute La Dorada Santa

Marta Noviembre 27-29diciembre 1996

Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural pp

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Gonzaacutelez SA Ariceaga N Altamirano A y

Huerta M 1989 Evaluacioacuten del valor nutritivo

de la parota (Enterolobium cyclocarpum) en los

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Laker MW 1994 Where is the beef

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Lizarraga S H Solorio S FJ Sandoval C

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Palma JM 2006 Los sitemas silvopastoriles en

el troacutepico seco mexicano Arch Latinoam Prod

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Peralta N Palma JM Macedo R 2004

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parota (Enterolobium cyclocarpum) en el

desarrollo de ovinos en estabulacioacuten FMVZ

Universidad de Colima Tecomaacuten Colima p 3

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proteina en la alimentacioacuten de borregos

Memorias del Cuarto Congreso Nacional de

Produccioacuten Ovina Chiapas Mexico pp 10 - 11

Peacuterez RJ y Zapata BG 1993 Utilizacioacuten de

ramoacuten Brosimun alicastrum en alimentacioacuten de

ovinos en crecimiento In Reunion Nacional de

Investigacioacuten Pecuaria (Puerto Vallarta Mex)

Memorias SNT p 157

61

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 52-61

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DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-

LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Romaacuten LM Mora S A Gallegos R A 2004

Especies arboreas de la costa de Jalisco Mexico

utilizadas como forraje en sistemas

silvopastoriles Scientia - CUCBA 6(1-2) 3 -

112004 p 10

Sosa R EE Perez R D Ortega R L Zapata

B G 2004 Evaluacioacuten del potencial forrajero

de aacuterboles y arbustos tropicales para la

alimentacioacuten de ovinos Tec Pecu Mex

200442 (2) pp 129 - 144

Sotelo A Contreras E and FloresS 1997

Nutritional value and content of antinutritional

compounds and toxics in ten wild legumes of

Yucatan Peninsula Plant Foods for Human

Nutrition pp 115-123

Van Soest P y R Wine 1967 Uses of detergent

in the analysis of fibrous forages IV

Determination of plant cell-wall constituents J

Assoc Off Anal Chem 50 pp 50-55

Van Soest PJ 1979 Physico-chemical aspects

of fibre digestion In Digestion and metabolism

in the ruminant (eds I W McDonald and A C

I Warner) p 351-356

Instrucciones para la Publicacioacuten Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten

[Tiacutetulo en Times New Roman y Negritas No 14 en Espantildeol e Ingleacutes]

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del 1er Coautor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 2do Coautor y Apellidos (EN

MAYUSCULAS) Nombre del 3er Coautor

Institucioacuten de Afiliacioacuten del Autor incluyendo dependencia (en Times New Roman No10 y Cursiva)

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ID 1er Autor (ORC ID - Researcher ID Thomson arXiv Author ID - PubMed Autor ID - Open ID) y CVU 1er Autor (Becario-

PNPC o SNI-CONACYT) (No10 Times New Roman)

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(Becario-PNPC o SNI-CONACYT) (No10 Times New Roman)

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(Indicar Fecha de Enviacuteo Mes Diacutea Antildeo) Aceptado (Indicar Fecha de Aceptacioacuten Uso Exclusivo de ECORFAN)

Resumen (En Espantildeol 150-200 palabras)

Objetivos

Metodologiacutea

Contribucioacuten

Indicar 3 palabras clave en Times New Roman y

Negritas No 10 (En Espantildeol)

Resumen (En Ingleacutes 150-200 palabras)

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Citacioacuten Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 1er Autor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 1er

Coautor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 2do Coautor y Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 3er

Coautor Tiacutetulo del Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica Antildeo 1-1 1-11 (Times New Roman No 10)

Correspondencia del Autor (ejemploejemploorg)

dagger Investigador contribuyendo como primer autor

ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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MAYUSCULAS) Nombre del 1er Coautor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 2do Coautor y Apellidos (EN

MAYUSCULAS) Nombre del 3er Coautor Tiacutetulo del Artiacuteculo Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica Antildeo (Times New Roman No8)

Introduccioacuten

Texto redactado en Times New Roman No12

espacio sencillo

Explicacioacuten del tema en general y explicar

porque es importante

iquestCuaacutel es su valor agregado respecto de las demaacutes

teacutecnicas

Enfocar claramente cada una de sus

caracteriacutesticas

Explicar con claridad el problema a solucionar y

la hipoacutetesis central

Explicacioacuten de las secciones del Artiacuteculo

Desarrollo de Secciones y Apartados del

Artiacuteculo con numeracioacuten subsecuente

[Tiacutetulo en Times New Roman No12 espacio

sencillo y Negrita]

Desarrollo de Artiacuteculos en Times New Roman

No12 espacio sencillo

Inclusioacuten de Graacuteficos Figuras y Tablas-

Editables

En el contenido del Artiacuteculo todo graacutefico tabla

y figura debe ser editable en formatos que

permitan modificar tamantildeo tipo y nuacutemero de

letra a efectos de edicioacuten estas deberaacuten estar en

alta calidad no pixeladas y deben ser notables

aun reduciendo la imagen a escala

[Indicando el tiacutetulo en la parte inferior con Times

New Roman No 10 y Negrita]

Graacutefico 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Figura 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Tabla 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Cada Artiacuteculo deberaacute presentar de manera

separada en 3 Carpetas a) Figuras b) Graacuteficos

y c) Tablas en formato JPG indicando el

nuacutemero en Negrita y el Titulo secuencial

Para el uso de Ecuaciones sentildealar de la

siguiente forma

Yij = α + sum βhXhijrh=1 + uj + eij

(1)

Deberaacuten ser editables y con numeracioacuten alineada

en el extremo derecho

Metodologiacutea a desarrollar

Dar el significado de las variables en redaccioacuten

lineal y es importante la comparacioacuten de los

criterios usados

Resultados

Los resultados deberaacuten ser por seccioacuten del

Artiacuteculo

Anexos

Tablas y fuentes adecuadas

Agradecimiento

Indicar si fueron financiados por alguna

Institucioacuten Universidad o Empresa

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MAYUSCULAS) Nombre del 1er Coautor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 2do Coautor y Apellidos (EN

MAYUSCULAS) Nombre del 3er Coautor Tiacutetulo del Artiacuteculo Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica Antildeo (Times New Roman No8)

Conclusiones

Explicar con claridad los resultados obtenidos y

las posibilidades de mejora

Referencias

Utilizar sistema APA No deben estar

numerados tampoco con vintildeetas sin embargo

en caso necesario de numerar seraacute porque se

hace referencia o mencioacuten en alguna parte del

Artiacuteculo

Utilizar Alfabeto Romano todas las

referencias que ha utilizado deben estar en el

Alfabeto romano incluso si usted ha citado un

Artiacuteculo libro en cualquiera de los idiomas

oficiales de la Organizacioacuten de las Naciones

Unidas (Ingleacutes Franceacutes Alemaacuten Chino Ruso

Portugueacutes Italiano Espantildeol Aacuterabe) debe

escribir la referencia en escritura romana y no en

cualquiera de los idiomas oficiales

Ficha Teacutecnica

Cada Artiacuteculo deberaacute presentar un documento

Word (docx)

Nombre de la Revista

Tiacutetulo del Artiacuteculo

Abstract

Keywords

Secciones del Artiacuteculo por ejemplo

1 Introduccioacuten

2 Descripcioacuten del meacutetodo

3 Anaacutelisis a partir de la regresioacuten por curva de

demanda

4 Resultados

5 Agradecimiento

6 Conclusiones

7 Referencias

Nombre de Autor (es)

Correo Electroacutenico de Correspondencia al Autor Referencias

Requerimientos de Propiedad Intelectual

para su edicioacuten

Firma Autoacutegrafa en Color Azul del Formato de

Originalidad del Autor y Coautores

Firma Autoacutegrafa en Color Azul del Formato de

Aceptacioacuten del Autor y Coautores

Reserva a la Poliacutetica Editorial

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica se reserva el derecho de hacer los cambios editoriales requeridos

para adecuar los Artiacuteculos a la Poliacutetica Editorial del Research Journal Una vez aceptado el Artiacuteculo en

su versioacuten final el Research Journal enviaraacute al autor las pruebas para su revisioacuten ECORFANreg

uacutenicamente aceptaraacute la correccioacuten de erratas y errores u omisiones provenientes del proceso de edicioacuten

de la revista reservaacutendose en su totalidad los derechos de autor y difusioacuten de contenido No se aceptaraacuten

supresiones sustituciones o antildeadidos que alteren la formacioacuten del Artiacuteculo

Coacutedigo de Eacutetica ndash Buenas Praacutecticas y Declaratoria de Solucioacuten a Conflictos Editoriales

Declaracioacuten de Originalidad y caraacutecter ineacutedito del Artiacuteculo de Autoriacutea sobre la obtencioacuten de

datos e interpretacioacuten de resultados Agradecimientos Conflicto de intereses Cesioacuten de derechos

y distribucioacuten

La Direccioacuten de ECORFAN-Meacutexico SC reivindica a los Autores de Artiacuteculos que su contenido debe

ser original ineacutedito y de contenido Cientiacutefico Tecnoloacutegico y de Innovacioacuten para someterlo a evaluacioacuten

Los Autores firmantes del Artiacuteculo deben ser los mismos que han contribuido a su concepcioacuten

realizacioacuten y desarrollo asiacute como a la obtencioacuten de los datos la interpretacioacuten de los resultados su

redaccioacuten y revisioacuten El Autor de correspondencia del Artiacuteculo propuesto requisitara el formulario que

sigue a continuacioacuten

Tiacutetulo del Artiacuteculo

ndash El enviacuteo de un Artiacuteculo a Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica emana el compromiso del autor de

no someterlo de manera simultaacutenea a la consideracioacuten de otras publicaciones seriadas para ello

deberaacute complementar el Formato de Originalidad para su Artiacuteculo salvo que sea rechazado por

el Comiteacute de Arbitraje podraacute ser retirado

ndash Ninguno de los datos presentados en este Articulo ha sido plagiado oacute inventado Los

datos originales se distinguen claramente de los ya publicados Y se tiene conocimiento del testeo

en PLAGSCAN si se detecta un nivel de plagio Positivo no se procederaacute a arbitrar

ndash Se citan las referencias en las que se basa la informacioacuten contenida en el Artiacuteculo asiacute

como las teoriacuteas y los datos procedentes de otros Artiacuteculos previamente publicados

ndash Los autores firman el Formato de Autorizacioacuten para que su Artiacuteculo se difunda por los medios

que ECORFAN-Meacutexico SC en su Holding Bolivia considere pertinentes para divulgacioacuten y

difusioacuten de su Artiacuteculo cediendo sus Derechos de Obra

ndash Se ha obtenido el consentimiento de quienes han aportado datos no publicados obtenidos

mediante comunicacioacuten verbal o escrita y se identifican adecuadamente dicha comunicacioacuten y

autoriacutea

ndash El Autor y Co-Autores que firman este trabajo han participado en su planificacioacuten disentildeo y

ejecucioacuten asiacute como en la interpretacioacuten de los resultados Asimismo revisaron criacuteticamente el

trabajo aprobaron su versioacuten final y estaacuten de acuerdo con su publicacioacuten

ndash No se ha omitido ninguna firma responsable del trabajo y se satisfacen los criterios de

Autoriacutea Cientiacutefica

ndash Los resultados de este Artiacuteculo se han interpretado objetivamente Cualquier resultado

contrario al punto de vista de quienes firman se expone y discute en el Artiacuteculo

Copyright y Acceso

La publicacioacuten de este Artiacuteculo supone la cesioacuten del copyright a ECORFAN-Mexico SC en su

Holding Bolivia para su Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica que se reserva el derecho a distribuir

en la Web la versioacuten publicada del Artiacuteculo y la puesta a disposicioacuten del Artiacuteculo en este formato

supone para sus Autores el cumplimiento de lo establecido en la Ley de Ciencia y Tecnologiacutea de los

Estados Unidos Mexicanos en lo relativo a la obligatoriedad de permitir el acceso a los resultados de

Investigaciones Cientiacuteficas

Tiacutetulo del Artiacuteculo

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1

2

3

4

Principios de Eacutetica y Declaratoria de Solucioacuten a Conflictos Editoriales

Responsabilidades del Editor

El Editor se compromete a garantizar la confidencialidad del proceso de evaluacioacuten no podraacute revelar a

los Aacuterbitros la identidad de los Autores tampoco podraacute revelar la identidad de los Aacuterbitros en ninguacuten

momento

El Editor asume la responsabilidad de informar debidamente al Autor la fase del proceso editorial en que

se encuentra el texto enviado asiacute como de las resoluciones del arbitraje a Doble Ciego

El Editor debe evaluar los manuscritos y su contenido intelectual sin distincioacuten de raza geacutenero

orientacioacuten sexual creencias religiosas origen eacutetnico nacionalidad o la filosofiacutea poliacutetica de los Autores

El Editor y su equipo de edicioacuten de los Holdings de ECORFANreg no divulgaraacuten ninguna informacioacuten

sobre Artiacuteculos enviado a cualquier persona que no sea el Autor correspondiente

El Editor debe tomar decisiones justas e imparciales y garantizar un proceso de arbitraje por pares justa

Responsabilidades del Consejo Editorial

La descripcioacuten de los procesos de revisioacuten por pares es dado a conocer por el Consejo Editorial con el

fin de que los Autores conozcan cuaacuteles son los criterios de evaluacioacuten y estaraacute siempre dispuesto a

justificar cualquier controversia en el proceso de evaluacioacuten En caso de Deteccioacuten de Plagio al Artiacuteculo

el Comiteacute notifica a los Autores por Violacioacuten al Derecho de Autoriacutea Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de

Innovacioacuten

Responsabilidades del Comiteacute Arbitral

Los Aacuterbitros se comprometen a notificar sobre cualquier conducta no eacutetica por parte de los Autores y

sentildealar toda la informacioacuten que pueda ser motivo para rechazar la publicacioacuten de los Artiacuteculos Ademaacutes

deben comprometerse a mantener de manera confidencial la informacioacuten relacionada con los Artiacuteculos

que evaluacutean

Cualquier manuscrito recibido para su arbitraje debe ser tratado como documento confidencial no se

debe mostrar o discutir con otros expertos excepto con autorizacioacuten del Editor

Los Aacuterbitros se deben conducir de manera objetiva toda criacutetica personal al Autor es inapropiada

Los Aacuterbitros deben expresar sus puntos de vista con claridad y con argumentos vaacutelidos que contribuyan

al que hacer Cientiacutefico Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten del Autor

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notificado al Editor antes de someter el Artiacuteculo a evaluacioacuten

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sido obtenidos de manera eacutetica

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otra publicacioacuten seriada

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Consejo Editorial

Los Autores deben considerar que el plagio en todas sus formas constituye una conducta no eacutetica

editorial y es inaceptable en consecuencia cualquier manuscrito que incurra en plagio seraacute eliminado y

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presentado a arbitraje

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REDIB (Red Iberoamericana de Innovacioacuten y Conocimiento Cientiacutefico- CSIC)

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DULCINEA (Revistas cientiacuteficas espantildeolas)

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Iberoamericana y del Caribe 20-281 HB9-Para la Indizacioacuten en Ameacuterica Latina en Ciencias Sociales y

Humanidades 671-Para la Indizacioacuten en Revistas Cientiacuteficas Electroacutenicas Espantildea y Ameacuterica Latina

7045008-Para su divulgacioacuten y edicioacuten en el Ministerio de Educacioacuten y Cultura-Espantildea 25409-Para su

repositorio en la Biblioteca Universitaria-Madrid 16258-Para su indexacioacuten en Dialnet 20589-Para

Indizacioacuten en el Directorio en los paiacuteses de Iberoameacuterica y el Caribe 15048-Para el registro internacional

de Congresos y Coloquios financingprogramsecorfanorg

Oficinas de Gestioacuten 21 Santa Luciacutea CP-5220 Libertadores -Sucre ndash Bolivia

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

ldquoProduccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomaterdquo

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto

SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato

ldquoEstudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemicordquo

GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano

GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

ldquoDisentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de airerdquo

SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel

TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo

ldquoModelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFTrdquo

VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y

RIVAS-CASTRO Sofiacutea

Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca

ldquoOptimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficiordquo

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y

GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

ldquoEfecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremadordquo

AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

ldquoInclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y

Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten

de ovinosrdquo

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-

LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Universidad de Guadalajara

Page 7: Revista de Energía Química y Física...ISSN 2410-3934 Revista de Energía Química y Física Volumen 6, Número 19 – Abril – Junio - 2019

Presentacioacuten del Contenido

Como pimer artiacuteculo presentamos Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de

residuos de planta de jitomate por CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan

Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML con adscripcioacuten en la

Universidad de Guanajuato como segundo artiacuteculo presentamos Estudio de la evolucioacuten de C N Chl

en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico por GUZMAacuteN-

PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y

MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea con adscripcioacuten en el Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

como tercer artiacuteculo presentamos Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire por SORIA-MEJIacuteA Sandra

Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

con adscripcioacuten en el Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo como cuarto artiacuteculo presentamos

Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos

DFT por VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-

CASTRO Sofiacutea con adscripcioacuten en el Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero y el

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca como quinto artiacuteculo presentamos Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en

proceso de beneficio por ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y

GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar con adscripcioacuten en la Universidad Tecnoloacutegica de Parral

como sexto artiacuteculo presentamos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de

queso tipo panela descremado por AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y

ROMO Carlos como uacuteltimo artiacuteculo presentamos Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos

de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en

la alimentacioacuten de ovinos por DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa

GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique con adscripcioacuten en la Universidad de

Guadalajara

Contenido

Artiacuteculo Paacutegina

Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomate

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto

SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato

1-12

Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico

GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE

Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

13-21

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-

MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo

22-30

Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFT VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-

CASTRO Sofiacutea

Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca

31-38

Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-

DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

39-43

Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremado

AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

44-51

Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y

Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten

de ovinos

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA

Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Universidad de Guadalajara

52-61

1

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 1-12

Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomate

Hydrogen production from anaerobic digestion of tomatorsquos plant waste

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Saraidagger MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES

Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato Carretera Irapuato-Silao Km 9 CP 36500 Irapuato Gto Meacutexico

ID 1er Autor Sarai Camarena-Martiacutenez ORC ID 0000-0002-0681-6364 CVU CONACYT ID 495584

ID 1er Coautor Juan Humberto Martiacutenez-Martiacutenez ORC ID 0000-0002-6325-3553 CVU CONACYT ID 335602

ID 2do Coautor Adriana Saldantildea-Robles ORC ID 0000-0001-8871-1621 CVU CONACYT ID 224323

ID 3er Coautor Graciela ML Ruiz-Aguilar ORC ID 0000-0001-9460-1429 CVU CONACYT ID 122467

DOI 1035429JCPE2019196112 Recibido 20 de Abril 2019 Aceptado 30 Junio 2019

Resumen

Entre las alternativas de obtencioacuten de energiacutea limpia que

se estaacuten desarrollando se reconoce el hidroacutegeno (H2)

como un portador de energiacutea prometedor al poseer un alto

rendimiento energeacutetico (122 kJg) y se obtiene a partir de

residuos lignoceluloacutesicos mediante un proceso bioloacutegico

En el estado de Guanajuato se generan altas cantidades de

residuos de planta derivados del cultivo de jitomate al ser

el cultivo que mayormente se produce mediante

agricultura protegida en el estado Por lo que el objetivo

del presente estudio fue el aprovechar residuos de planta

de jitomate para la generacioacuten de hidroacutegeno a traveacutes del

proceso de digestioacuten anaerobia Se evaluaron dos fuentes

de inoacuteculo microflora nativa de la planta de jitomate y

lodo anaerobio pretratado a 100degC por 24 h y cuatro

medios minerales a un pH inicial de 65 plusmn 02 en

experimentos en lote El rendimiento maacutes alto fue de 374

mLH2 g SV usando microflora nativa y medio mineral

con extracto de levadura Se logroacute una produccioacuten de

hidroacutegeno similar a lo reportado en la literatura para otros

residuos destacando en nuestro caso el ser innecesario el

pretratamiento del sustrato o del inoacuteculo Por lo que la

metodologiacutea propuesta resulta eficiente para la produccioacuten

de hidroacutegeno a partir de la planta de jitomate

Hidroacutegeno Digestioacuten anaerobia Planta de jitomate

Abstract

Hydrogen (H2) is recognized as a promising energy carrier

among the alternatives for obtaining clean energy since it

has a high energy efficiency (122 kJ g) and can be

obtained from lignocellulosic waste through a biological

process In the state of Guanajuato high amounts of plant

waste derived from tomato cultivation are generated

because this is the crop mostly produced through protected

agriculture So the objective of the present study was to

consider tomato plant residues for the generation of

hydrogen through the anaerobic digestion process Two

sources of inoculum native microflora of the tomato plant

and anaerobic sludge pretreated at 100 deg C for 24 h and

four mineral media at an initial pH of 65 plusmn 02 in batch

experiments were evaluated The highest yield was 374

mLH2 g SV using native microflora and mineral media

with yeast extract Hydrogen production was found like

those reported in the literature for other type of waste

highlighting the no-need to pretreat the substrate or

inoculum Therefore the methodology propose is efficient

to the hydrogen production from tomato plant residues

Hydrogen Anaerobic digestion Tomato

Citacioacuten CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y

RUIZ-AGUILAR Graciela ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 1-12

Correspondencia del Autor (Correo electroacutenico gracielarugtomx)

dagger Investigador contribuyendo como primer Autor

ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

2

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

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ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El hidroacutegeno posee un alto contenido de energiacutea

por unidad de peso (122 MJ Kg) y su

combustioacuten no genera emisiones de CO2 lo cual

lo hace una alternativa de produccioacuten de energiacutea

amigable con el medio ambiente (Jain et al

2010) Sin embargo alrededor del 90 del

hidroacutegeno producido se obtiene mediante

procesos electroquiacutemicos y termoquiacutemicos que

requieren altos consumos de energiacutea y de

combustibles foacutesiles (Kapdan y Kargi 2006

Balat y Kirtay 2010) Por ello en los uacuteltimos

antildeos las investigaciones se han enfocado en la

obtencioacuten de hidroacutegeno mediante procesos

bioloacutegicos como la biofotoacutelisis la

fotofermentacioacuten y la fermentacioacuten oscura ya

que se pueden llevar a cabo en condiciones

ambientales y requieren mucho menos consumo

de energiacutea (Guo et al 2010)

La fermentacioacuten oscura es

particularmente atractiva porque no necesita

energiacutea lumiacutenica no tiene problemas de

inhibicioacuten por la presencia de oxiacutegeno requiere

pequentildeos voluacutemenes de reactor y se puede llevar

a cabo con un bajo costo de capital en

comparacioacuten con los procesos de biofotolis y

fotofermentacioacuten (Levin et al 2004 Nath y

Das 2004 Pandey et al 2013)Otra ventaja

muy importante del proceso de fermentacioacuten

oscura es que se pueden aprovechar residuos

agriacutecolas como materia prima para la produccioacuten

de hidroacutegeno

Los residuos agriacutecolas son una fuente

prometedora debido a su abundancia

distribucioacuten en todo el mundo y a su bajo costo

(Guo et al 2010) La utilizacioacuten de bagazo de

cantildea de azuacutecar paja de trigo planta de sorgo

paja de maiacutez entre otros se ha estudiado en los

uacuteltimos antildeos (Li y Chen 2007 Ivanova et al

2009 Fangkum y Reungsang 2011 Peacuterez et al

2015)

Existen otros cultivos que poseen un alto

impacto econoacutemico y en la generacioacuten de

residuos como es el cultivo de jitomate Meacutexico

es el principal proveedor a nivel mundial de

jitomate con una participacioacuten en el mercado

internacional de 251 del valor de las

exportaciones mundiales (SAGARPA 2017)

No obstante desde su cultivo hasta su

procesamiento se generan desechos que carecen

de valor comercial y no tienen una adecuada

disposicioacuten

Hasta el momento la informacioacuten

disponible sobre la produccioacuten de hidroacutegeno a

partir de residuos de planta de jitomate se

encuentra muy limitada y aun no se ha evaluado

la variacioacuten de distintos factores que afectan el

rendimiento de H2 a partir de este sustrato como

el tipo de inoacuteculo y la composicioacuten del medio

Estos son paraacutemetros importantes que afectan la

evolucioacuten de las viacuteas fermentativas (Wang y

Wan 2009 De Gioannis et al 2013) Bajo este

panorama se estudiaron dos fuentes de inoacuteculo

microflora nativa de la planta de jitomate y lodo

anaerobio pretratado a 100 degC por 24 h y cuatro

medios minerales en experimentos en lote para

conocer su efecto en la produccioacuten de hidroacutegeno

Metodologiacutea a desarrollar

La metodologiacutea que se siguioacute se resume en la

Figura 1 Se llevoacute a cabo la recoleccioacuten y

molienda del sustrato y para la evaluacioacuten de la

produccioacuten de hidroacutegeno se consideraron dos

variables el tipo de inoacuteculo y el tipo de medio

mineral El biogaacutes producido se cuantificoacute

mediante cromatografiacutea de gases

Figura 1 Metodologiacutea general para la produccioacuten de H2 a

partir de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Recoleccioacuten de la parte aeacuterea de

la planta de jitomate

Molienda

(Tamiz 20)

Produccioacuten de H2

Evaluacioacuten del tipo

de medio mineral

Evaluacioacuten del tipo

de inoacuteculo

A B C D Lodo

anaerobio

(LA)

Microflora nativa de

la planta de jitomate

(Nat)

Medicioacuten de la cantidad y composicioacuten

del biogaacutes por cromatografiacutea de gases

3

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ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Sustratos e inoacuteculo

El sustrato consistioacute en la parte aeacuterea de la planta

y fue recolectado al termino del ciclo de vida en

las instalaciones de la Expo agroalimentaria

ubicados en la ciudad de Irapuato Gto La

variedad de planta de jitomate fue Saladette

Las plantas se secaron bajo sol durante

15 diacuteas hasta llegar a una humedad entre 6 y

10 La planta seca se molioacute en un molino

agriacutecola de martillos y se dejoacute almacenada a

temperatura ambiente hasta su uso

Posteriormente para los anaacutelisis de

caracterizacioacuten y de produccioacuten de biogaacutes se

utilizoacute un molino marca SURTEK y un tamiz

para conseguir un tamantildeo de partiacutecula de

aproximadamente 085 mm

El inoacuteculo empleado consistioacute en lodo

anaerobio que fue recolectado de un biodigestor

tipo bolsa de geomembra de 1000 L el cual se

alimenta con estieacutercol vacuno y es operado a

temperatura ambiente El biodigestor se

encuentra ubicado en las instalaciones de la

Divisioacuten Ciencias de la Vida El inoacuteculo

recolectado se desgasificoacute a temperatura

ambiente (197 plusmn 70 degC) por un periodo de 10

diacuteas Posteriormente este lodo se pretrato a 100

degC por un periodo de 24 h para emplearlo como

inoacuteculo LA en los experimentos de produccioacuten

de hidroacutegeno

Meacutetodos analiacuteticos

Para la caracterizacioacuten del sustrato se

realizaron los siguientes anaacutelisis soacutelidos totales

y soacutelidos volaacutetiles carbono orgaacutenico

carbohidratos estructurales (celulosa

hemicelulosa y lignina) nitroacutegeno total

Kjeldahl demanda quiacutemica de oxiacutegeno y pH

Ademaacutes se determinoacute el contenido de ST y SV

del inoacuteculo

El contenido de carbono orgaacutenico se

realizoacute por el meacutetodo de ignicioacuten de acuerdo con

Dean 1974 la determinacioacuten de carbohidratos

estructurales se hizo mediante la metodologiacutea de

van Soest et al 1973 y el pH por medio del

meacutetodo reportado por Kang et al 2014 El

contenido de nitroacutegeno total Kjeldahl DQO

mediante el meacutetodo de reflujo cerrado y

contenido de soacutelidos totales y soacutelidos volaacutetiles se

realizoacute seguacuten los meacutetodos estaacutendares (APHA

2005)

Produccioacuten de H2

Se evaluaron dos fuentes de inoacuteculo microflora

nativa de la planta de jitomate (Inoacuteculo Nat) y

lodo anaerobio pretratado a 100 degC por 24 h

(Inoacuteculo LA) y cuatro medios minerales (A B

C y D) cuya composicioacuten se indica en la Tabla

1 El medio mineral D corresponde al medio

mineral reportado por Lara et al 2014 y los

medios minerales A B y C presentan una

modificacioacuten con respecto al medio mineral D

ya sea en la cantidad antildeadida de fosfatos yo en

la adicioacuten de extracto de levadura

El medio mineral usualmente posee

capacidad tampoacuten (Angelidaki et al 2004

Angelidaki et al 2009) y esta puede estar dada

por el buffer de fosfatos el cual es el maacutes

empleado en los experimentos de produccioacuten de

H2 por digestioacuten anaerobia (Lin y Lay 2004 Lin

et al 2011) Con la finalidad de aminorar costos

y evitar una saturacioacuten de fosfatos en el medio

(Cubillos et al 2010 Zhao et al 2010 Liu et

al 2015 Xu et al 2016) se optoacute por utilizar la

propuesta de Lara et al 2014 (0075M medio

mineral D) y otras dos concentraciones 002M

(medio mineral B y C) y 01M (medio mineral

A)

Por otro lado se recomienda la adicioacuten

de vitaminas al medio mineral especialmente

cuando se manejan residuos agriacutecolas para evitar

inhibicioacuten por sustrato de la digestioacuten

(Angelidaki et al 2004 Lindorfer et al 2007

Angelidaki et al 2009)

El extracto de levadura posee vitaminas

del complejo B y ademaacutes constituye una fuente

de nitroacutegeno por lo que es muy usado en los

medios minerales en conjunto con otras fuentes

de nitroacutegeno (Fan et al 2006 Ivanova et al

2009 Li y Chen 2007 Li et al 2012)

4

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ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Medio

mineral Composicioacuten de medio mineral por litro

A

KH2PO4 46 g K2HPO4 100 g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

B

KH2PO4 20 g K2HPO4 092 g Extracto de

levadura 15 gL MgCl2middot6H2O 01g CaCl2

002 g MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O

0025g CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O

0125mg

C

KH2PO4 20 g K2HPO4 092 g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

D

KH2PO4 48g K2HPO4 698g NH4Cl 60 g

MgCl2middot6H2O 01g CaCl2 002 g

MnSO4middot6H2O 0015g FeSO4middot7H2O 0025g

CuSO4middot5H2O 0005g CoCl2middot5H2O 0125mg

Tabla 1 Tipos de medio mineral evaluados para la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de residuos de planta de

jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Los experimentos se llevaron a cabo en un

reacutegimen en lote a un pH inicial de 65 plusmn 02 Se

adiciono 159 plusmn 002 g de planta de jitomate seca

y molida por cada 100 mL de mezcla

(equivalente a 106 g SV sustratoL) El volumen de

trabajo fue de 80 mL manejando y un ldquoespacio

de cabezardquo de 40 mL Los reactores se incubaron

a 37degC durante un periodo de 15 diacuteas en

condiciones estaacuteticas Para los tratamientos en

los que se empleoacute Inoacuteculo LA se antildeadioacute la

cantidad 124 plusmn 002 g de inoacuteculo pretratatado y

molido por cada 100 mL de mezcla (equivalente

a 625 g SV inoacuteculoL) Cada tratamiento se realizoacute

por duplicado

El control negativo consistioacute en inoacuteculo

LA pretratado a 100 degC por 24 h sin antildeadir

sustrato y se agregoacute el medio mineral Lara et al

2014 para completar a un volumen de 80 mL

El anaacutelisis de cromatografiacutea de gases para

la deteccioacuten de H2 O2 N2 y CH4 se realizoacute

tomando 30 μL del gas presente en el ldquoespacio

de cabezardquo de cada botella Este se analizoacute en un

cromatoacutegrafo PerkinElmer reg modelo Clarus

580 con una columna capilar Elite CG GS-

MOSIEVE 52 (30m x 053 mm x 50 μm) y un

detector tipo TCD Las temperaturas del

inyector horno y detector fueron 150 50 y 200

degC respectivamente Se utilizoacute argoacuten como fase

moacutevil a una presioacuten de 14 psi

Para analizar las diferencias significativas

entre cada uno de los tratamientos se manejoacute un

disentildeo factorial 2x4 y el meacutetodo de Tukey con

un valor alfa de 5 mediante el software de

Statgraphics Centurion XVI

Resultados

Caracterizacioacuten fisicoquiacutemica

Los resultados de la caracterizacioacuten

fisicoquiacutemica de la parte aacuterea de la planta de

jitomate se muestran en la Tabla 3 En cuanto a

la determinacioacuten del contenido de ST y SV del

lodo anaerobio fresco sin pretratar se obtuvo

1350 plusmn 074 en base huacutemeda y 5068 plusmn 370

en base seca respectivamente Posteriormente

este lodo se pretratoacute a 100 degC por un periodo de

24 h para emplearlo como inoacuteculo LA en los

tratamientos T1 T3 T5 y T7 (Tabla 2)

Rendimiento de H2 y contenido de H2 en el

biogas

Solo en tres tratamientos se detectoacute produccioacuten

de H2 en el biogaacutes (T4 T7 y T8) En el

tratamiento T4 se obtuvo el mayor rendimiento

de 374 mL H2 g SV (Tabla 4)

La produccioacuten de H2 en el tratamiento T4

se detectoacute a partir de la medicioacuten realizada a las

63 horas Para los tratamientos T7 y T8 se

detectoacute hasta la medicioacuten realizada a las 135

horas Esto indica que los microorganismos

tardan maacutes tiempo en adaptarse en las

condiciones manejadas en los tratamientos T7 y

T8 comparado con las establecidas en T4 En el

caso de los tratamientos T4 y T7 no se observa

produccioacuten de hidroacutegeno a las 327 h en cambio

en el tratamiento T8 la produccioacuten continua

incluso despueacutes de haber transcurridos 15 diacuteas

(Grafico 1)

En el tratamiento T4 durante las

primeras 135 horas de incubacioacuten se obtuvo una

concentracioacuten de hidroacutegeno arriba del 60 y a

partir de la medicioacuten realizada a las 183 h se

observoacute una disminucioacuten significativa de la

concentracioacuten Para el tratamiento T7 el pico

maacutes alto de concentracioacuten se detectoacute a las 135 h

y a partir de la siguiente medicioacuten se observoacute una

disminucioacuten gradual de la concentracioacuten de

hidroacutegeno (Grafico 2)

5

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ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Clave Medio mineral Inoacuteculo

T1 A LA

T2 A Nat

T3 B LA

T4 B Nat

T5 C LA

T6 C Nat

T7 D LA

Tabla 2 Tratamientos para evaluar la produccioacuten de H2 en

experimentos en lote a partir de residuos de planta de

jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Paraacutemetros Planta de jitomate

CN 1986 plusmn 067

ST ()1 9074 plusmn 014

SV ()2 7359 plusmn 014

Celulosa ()2 2857 plusmn 140

Hemicelulosa ()2 842 plusmn 108

Lignina ()2 749 plusmn 113

Azuacutecares reductores2 170 plusmn 018

DQO ( mg g SV) 78796 plusmn 2697

pH 660 plusmn 006 1 Porcentaje base huacutemeda 2 Porcentaje base seca

Tabla 3 Caracterizacioacuten fisicoquiacutemica de la planta

recolectada de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Clave Medio

mineral Inoacuteculo

Rendimiento

Biogaacutes (mL g

SV)

Rendimiento

H2 (mL g

SV)

T1 A LA 255 plusmn 42 00

T2 A Nat 336 plusmn 11 00

T3 B LA 749 plusmn15 00

T4 B Nat 578 plusmn 48 374 plusmn 48

T5 C LA 276 plusmn 30 00

T6 C Nat 60 plusmn 04 00

T7 D LA 286 plusmn 27 50 plusmn 20

T8 D Nat 252 plusmn 71 93 plusmn 75

Tabla 4 Rendimientos de produccioacuten de biogaacutes e

hidroacutegeno obtenido en cada tratamiento para la produccioacuten

de H2 en experimentos en lote a partir de residuos de planta

de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

En el caso del tratamiento T8 el

contenido de H2 fue incrementando

gradualmente durante el periodo de 15 diacuteas El

contenido de hidroacutegeno en el biogaacutes total

producido fue del 65 18 y 37 en los

tratamientos T4 T7 y T8 respectivamente De

manera que en el tratamiento T4 se obtuvo la

maacutes alta concentracioacuten de hidroacutegeno en el biogaacutes

pero la produccioacuten maacutes duradera se observoacute en

el tratamiento T8 (Grafico 2) Alemahdi et al

2015 evaluaron la produccioacuten de H2 usando

como sustrato paja de arroz en codigestioacuten con

lodos activados de aguas residuales

Ellos obtuvieron una concentracioacuten de

hidroacutegeno en el biogaacutes de 695 el cual es un

valor cercano a lo obtenido en el tratamiento T4

Dhanasekar et al 2018 reportaron un contenido

de H2 en el biogaacutes del 18 a partir de tallo de

sorgo y usando la cepa Bacillus subtilis

AUChE413 para llevar a cabo la fermentacioacuten

Este porcentaje es igual al obtenido en el

tratamiento T7 de nuestro estudio Otros autores

mencionan rangos de concentracioacuten de H2 entre

el 44 y 57 a partir de residuos de tallo de maiacutez

(Zhang et al 2007 Fan et al 2008) Por lo cual

nuestros resultados obtenidos son similares a lo

reportado en la literatura y en base a esto el

porcentaje de H2 en el biogaacutes obtenido en el

tratamiento T4 puede ser considerado de una alta

concentracioacuten

Efecto del tipo de inoacuteculo sobre la produccioacuten

de hidroacutegeno

El tipo de inoacuteculo tuvo efecto significativo sobre

la produccioacuten de hidroacutegeno (P lt 005) siendo el

inoacuteculo Nat el que mostroacute un mayor rendimiento

(ver Anexo Tabla 1 y Tabla 2)

Estos resultados difieren con lo reportado

por Peacuterez 2015 los cuales evaluaron cuatro

consorcios microbianos como inoacuteculo para la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de paja de trigo

Los consorcios se obtuvieron a partir de

muestras de suelo de jardiacuten rumen de vaca lodo

anaerobio y la microflora nativa de la paja de

trigo Se reportoacute que el maacutes alto rendimiento se

obtuvo de los reactores inoculados con lodo

anaerobio seguido de la flora nativa de la paja de

trigo No obstante en este estudio el lodo

anaerobio no recibioacute ninguacuten tipo de

pretratamiento

El menor rendimiento de produccioacuten de

H2 a partir de lodos anaerobios (Inoculo LA)

comparado con el obtenido a partir de la

microflora nativa de la planta de jitomate

(Inoacuteculo Nat) pudo ser causado por el

pretratamiento teacutermico aplicado al Inoacuteculo LA

que provoco una disminucioacuten en la diversidad

microbiana

6

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ML Produccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos

de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Grafico 1 Cineacuteticas de produccioacuten de hidroacutegeno

acumulado en los tratamientos T4 T7 y T8 durante 15 diacuteas

de incubacioacuten

Fuente Elaboracioacuten Propia

Grafico 2 Contenido de hidroacutegeno () en los tratamientos

T4 T7 y T8 durante 15 diacuteas de incubacioacuten

Fuente Elaboracioacuten Propia

En la literatura se mencionan diferentes

condiciones de pretratamiento teacutermico con la

finalidad de eliminar cepas consumidoras de

hidroacutegeno las cuales no forman endoesporas y

por ello no logran sobrevivir a altas temperaturas

por tiempos prolongados (Fang et al 2002 Liu

et al 2002 Duangmanee et al 2007 Kanso et

al 2011)

Sin embargo estos tratamientos teacutermicos

pueden llegar a ser poco tolerantes para la mayor

parte de los microorganismos presentes en los

lodos anaerobios lo que trae como consecuencia

una disminucioacuten alta de la diversidad microbiana

(Navarro et al 2016) Esto implica que las viacuteas

metaboacutelicas disponibles son menos diversas lo

que dificulta la degradacioacuten del sustrato (Tracy

et al 2014 Vanwonterghem et al 2014a)

Asimismo un consorcio productor de hidroacutegeno

con menos especies podriacutea disminuir la

estabilidad ante perturbaciones o invasiones

ambientales (Shade et al 2012

Vanwonterghem et al 2014b)

La aplicacioacuten de pretratamiento teacutermicos

a maacutes bajas temperaturas (80-90 degC) puede ser

recomendable para incrementar la concentracioacuten

de cepas productoras de hidroacutegeno sin alterar

significativamente las interacciones sintroacuteficas

entre cada grupo microbiano que conforma el

inoacuteculo

Efecto de la composicioacuten del medio mineral

sobre la produccioacuten de hidroacutegeno

De acuerdo con el ANOVA realizado la

composicioacuten del medio mineral tuvo un efecto

significativo en el rendimiento de H2 (P lt 005)

(ver Anexo Tabla 6 y Tabla 8)

No se detectoacute produccioacuten de hidroacutegeno al

emplear el medio mineral A Esto pudo deberse

a la alta concentracioacuten de fosfatos que afecto la

actividad metaboacutelica de la microflora del

Inoacuteculo LA y del inoacuteculo Nat ya que este medio

se preparoacute con la mayor concentracioacuten de

fosfatos (01 M) El fosfato es un nutriente

inorgaacutenico importante para el crecimiento

microbiano Las principales funciones del

fosforo es la generacioacuten de energiacutea en forma de

trifosfato de adenosina (ATP) y la regulacioacuten de

la capacidad amortiguadora del sistema celular

(Lin y Lay 2004)

Un aumento en la concentracioacuten de

fosfato resulta en un aumento de la capacidad de

las bacterias para producir hidroacutegeno Sin

embargo concentraciones demasiado altas de

fosfato podriacutean causar inhibicioacuten por el aumento

de la produccioacuten de aacutecidos grasos volaacutetiles lo

cual no es deseable ya que esto desviacutea los

reductores celulares de la produccioacuten de

hidroacutegeno (Lay et al 2005 Bisaillon et al

2006 Chandrasekhar et al 2015) No obstante

en la medicioacuten de pH despueacutes de 15 diacuteas de

incubacioacuten no se detectoacute una disminucioacuten

significativa del mismo para estos tratamientos

Seguacuten algunos protocolos establecidos

para llevar a cabo pruebas de digestioacuten anaerobia

a escala laboratorio se recomienda antildeadir una

mezcla de vitaminas del complejo B (biotina

aacutecido foacutelico riboflavina aacutecido pantotenico

entre otros) en la preparacioacuten del medio mineral

para evitar la inhibicioacuten del crecimiento de los

microrganismos por la ausencia de estos

nutrientes en sustratos no convencionales

(Madigan et al 2000 Angelidaki et al 2004

Angelidaki et al 2009)

00

100

200

300

400

0 100 200 300 400

Ren

dim

iento

de

H2

(mL

H2

g S

V s

ust

rato

)

Tiempo (h)

T4

T7

T8

0

01

02

03

04

05

06

07

0 100 200 300 400

Co

nte

nid

o d

e H

2(

)

Tiempo (h)

T4

T7

T8

7

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de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

El extracto de levadura es un extracto

soluble en agua formado por el autolisado de

ceacutelulas de levaduras y es un producto rico en

vitaminas especialmente del complejo B

aminoaacutecidos y otros factores de crecimiento En

el tratamiento T4 se empleoacute inoacuteculo Nat en

medio mineral B el cual contiene extracto de

levadura (15 gL) y se observoacute una produccioacuten

de hidroacutegeno maacutes temprana con respecto al

tratamiento T8 en el cual se usoacute inoacuteculo Nat en

medio mineral D que no contiene extracto de

levadura Esto indica que en nuestros

experimentos el extracto de levadura juega un

papel importante en la adaptacioacuten del inoacuteculo

Nat a las condiciones establecidas

Por otro lado el extracto de levadura

constituye una fuente orgaacutenica de nitroacutegeno al

igual que la peptona Li y Chen 2007 evaluaron

la produccioacuten de biohidroacutegeno a partir de paja de

maiacutez mediante Clostridium butytiricum AS1209

usando tres diferentes fuentes de nitroacutegeno

NH4HCO3 urea y extracto de levadura en el

medio mineral En su estudio los rendimientos

de hidroacutegeno al usar fuentes de nitroacutegeno

orgaacutenico (urea y extracto de levadura) fueron

mucho maacutes altos que al emplear una fuente de

nitroacutegeno inorgaacutenico (NH4HCO3) Esto tambieacuten

fue reportado por Ueno et al 2001 y Ferchichi

et al 2005

Kalil et al 2009 reportaron que la

adicioacuten de fuentes de nitroacutegeno orgaacutenicas mejora

el crecimiento celular con respecto a fuentes de

nitroacutegeno inorgaacutenico usando Clostridium

acetobutylicum como inoacuteculo y Zhang et al

2014 mencionan que el incremento gradual de

extracto de levadura disminuye el tiempo de la

fase de latencia empleando lodo activado como

inoacuteculo

Por lo que la adicioacuten de extracto de

levadura promueve una mejor adaptacioacuten de los

microorganismos para consumir el sustrato lo

que conlleva a una mayor produccioacuten de

hidroacutegeno o la obtencioacuten de biogaacutes con una

mayor concentracioacuten de hidroacutegeno (Kalil et

al2009 Alvarado-Cuevas et al 2013 Zhang et

al 2014)

Sustra

to

Pretratamie

nto de

sustrato

Inoacuteculo Pretratamie

nto de

inoacuteculo

Rendimie

nto

(mL H2 g

SV)

Referenc

ia

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Lodo

anaerobio

Sin

pretratamien

to

106 mL Peacuterez et

al 2015

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Microflora

nativa

Sin

pretratamien

to

70

Paja de

trigo

Sin

pretratamien

to

Composta

de estieacutercol

vacuno

Teacutermico 10 Fan et

al 2006

Paja de

trigo

HCl +

Calentamiento de

microondas

Composta

de estieacutercol vacuno

Teacutermico 680

Paja de

trigo

Enzimaacutetico

epa

Trichoderm

a

Lodo

anaerobio

Teacutermico

90degC 10

min

155 Queacutemeacutene

ur et al

2012

Pasto Ensilado

fermentacioacute

n con aacutecido

laacutectico pH lt40

Microflora

nativa

Ensilado 378plusmn58m

L H2 g

ensilado

Li et al

2012

Ensilad

o de

pasto

Quiacutemico

4 NaOH

24 h 20degC

Lodo

anaerobio

Teacutermico

hervido 30

min

65 Pakarine

n et al

2009

Paja de

maiacutez

Sin

pretratamien

to

C

butyricum

AS1209

Sin

pretratamien

to

90 Li y

Chen

2007

Paja de

maiacutez

15 MPa 10

min

C

butyricum

AS1209

Sin

pretratamien

to

680

Planta

de

sorgo

130degC 30

min

C

saccharolyti

cus (DSM8903)

Sin

pretratamien

to

324 Ivanova

et al

2009

Planta

de

jitomat

e

Sin

pretratamien

to

Microflora

nativa

Sin

pretratamien

to

374 (T4) y

93 (T8)

Este

estudio

Planta

de

jitomat

e

Sin

pretratamien

to

Lodo

anaerobio

Teacutermico

100degC 24 h 50 (T7)

Tabla 5 Rendimiento de produccioacuten de hidroacutegeno a partir

de residuos lignocelulosicos

Fuente Elaboracioacuten Propia

En nuestro estudio se obtuvo un mayor

rendimiento al emplear inoacuteculo Nat en medio

mineral B suplementado con extracto de

levadura (T4) que al usar medio mineral C (T6)

o medio mineral D (T8) tratamientos en los

cuales se adicionoacute una fuente de nitroacutegeno

inorgaacutenica (NH4Cl)

No obstante el inoacuteculo LA mostroacute un

comportamiento diferente con respecto al

inoacuteculo Nat ya que eacuteste no tuvo una mejora en

la produccioacuten de hidroacutegeno al adicionar extracto

de levadura El uacutenico medio mineral con el cual

se obtuvo produccioacuten de hidroacutegeno a partir de

este consorcio bacteriano fue el medio mineral

D

8

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de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Comparacioacuten de rendimientos de produccioacuten

de hidroacutegeno con respecto a otros estudios

El rendimiento obtenido en los tratamientos T4

T7 y T8 fue similar con respecto a lo reportado

por otros autores los cuales indican un

rendimiento de 10 a 680 mLg SV a partir de

residuos lignoceluloacutesicos como paja de maiacutez

paja de trigo planta de sorgo y ensilado de pasto

(Li y Chen 2007 Ivanova et al 2009 Pakarinen

et al 2009 Li et al 2012 Queacutemeacuteneur et al

2012 Peacuterez et al 2015) Con respecto al estudio

realizado por Peacuterez et al 2015 en el que se usoacute

como inoacuteculo microflora nativa procedente del

sustrato nuestro rendimiento obtenido en el

tratamiento T4 fue superior

En cambio en los estudios en los que se

llevoacute a cabo un pretratamiento teacutermico o

quiacutemico del sustrato con o sin pretratamiento del

inoacuteculo (Fan et al 2006 Li y Chen 2007) el

rendimiento que se obtuvo en nuestro estudio a

partir de planta de jitomate es inferior Para los

estudios en los cuales se llevoacute a cabo un

pretratamiento bioloacutegico del sustrato ya sea

ensilado o enzimaacutetico (Li et al 2012

Queacutemeacuteneur et al 2012) el rendimiento

conseguido en dichas investigaciones fue similar

al nuestro (Tabla 4 y 5)

Es importante resaltar que el maacutes alto

rendimiento obtenido en nuestro estudio (374

mL H2g SV) se dio en el tratamiento en que se

empleoacute microflora nativa (T4) es decir no fue

necesario antildeadir un inoacuteculo externo Ademaacutes no

se llevoacute a cabo ninguacuten tipo de pretratamiento

teacutermico bioloacutegico o quiacutemico del sustrato

Fuente Suma de

Cuadrados Gl

Cuadrado

Medio

Razoacuten-

F

Valor-

P

Efectos Principales

AInoacuteculo 464403 1 464403 4464 00002

BMedio Mineral 956527 3 318842 3065 00001

Interacciones

Ab 992527 3 330842 3180 00001

Residuos 8322 8 104025

Total (Corregido) 249668 15

Tabla 6 Anaacutelisis de Varianza para evaluar el efecto del

tipo de ldquoInoacuteculordquo y ldquoMedio mineralrdquo para la produccioacuten

de H2 (mL H2 g SV) a partir de la digestioacuten anaerobia de

residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Anexos

Meacutetodo 950 porcentaje Tukey HSD

Inoacuteculo Casos Media

LS

Sigma

LS

Grupos

Homogeacuteneos

LA 8 12 114031 X

Nat 8 11975 114031 X

Contraste Sig Diferencia +- Liacutemites

LA - Nat -10775 371878

indica una diferencia significativa

Tabla 7 Pruebas de Muacuteltiple Rangos para la Produccioacuten

de H2 (mL H2g SV) por factor ldquoInoacuteculordquo a partir de la

digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Meacutetodo 950 porcentaje Tukey HSD

Medio

mineral

Casos Media

LS

Sigma

LS

Grupos

Homogeacuteneos

C 4 0 161265 X

A 4 0 161265 X

D 4 745 161265 X

B 4 189 161265 X

Contraste Sig Diferencia +- Liacutemites

A - B -189 730076

A - C 0 730076

A - D -745 730076

B - C 189 730076

B - D 1145 730076

C - D -745 730076

indica una diferencia significativa

Tabla 8 Pruebas de Muacuteltiple Rangos para la Produccioacuten

de H2 (mL H2g SV) por factor ldquoMedio mineralrdquo a partir

de la digestioacuten anaerobia de residuos de planta de jitomate

Fuente Elaboracioacuten Propia

Agradecimiento

SCM agradece al Consejo Nacional de Ciencia y

Tecnologiacutea (CONACYT) por su apoyo a traveacutes

de la beca no 442714 para realizar sus estudios

de doctorado

Conclusiones

El tipo de inoacuteculo y la composicioacuten del medio

mineral tuvieron efecto significativo sobre la

produccioacuten de hidroacutegeno a partir de la

fermentacioacuten anaerobia de residuos de planta

jitomate El inoacuteculo procedente de la microflora

nativa de la planta de jitomate (Inoacuteculo Nat)

presenta un mejor comportamiento en la

produccioacuten de H2 con respecto al inoacuteculo

presente en el lodo anaerobio pretratado (Inoacuteculo

LA)

9

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La adicioacuten de extracto de levadura

mejoroacute la adaptacioacuten de los microorganismos

que conforman el Inoacuteculo Nat lo cual se vio

reflejado en una mayor produccioacuten a un menor

tiempo de incubacioacuten Por otro lado a una

concentracioacuten de buffer fosfatos de 0075 M se

observoacute produccioacuten de hidroacutegeno pero al

incrementar el valor a 01 M se presentoacute una

inhibicioacuten de la produccioacuten Por tanto el maacutes

alto rendimiento obtenido fue de 374 mL H2g

SV al emplear Inoacuteculo Nat y medio mineral con

extracto de levadura a una concentracioacuten de

buffer fosfatos de 002 M (Medio mineral B)

Para posteriores trabajos se recomienda realizar

un proceso de optimizacioacuten de la concentracioacuten

de extracto de levadura y del buffer fosfatos en

la produccioacuten de hidroacutegeno empleando

microflora nativa de la planta de jitomate En

nuestro estudio no se llevoacute a cabo ninguacuten

pretratamiento teacutermico bioloacutegico o quiacutemico al

sustrato para lograr rendimientos similares o

superiores a lo reportado en la literatura para

otros tipos de residuos lignoceluloacutesicos

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12

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 1-12

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela

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de planta de jitomate Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

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13

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 13-21

Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la

irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico

Study of the evolution of C N Chl in green microalgae considering solar irradiation

through a dynamic model

GUZMAacuteN-PALOMINO Abrahamdagger AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro

Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero Tecnoloacutegico Nacional de Meacutexico

ID 1er Autor Abraham Guzmaacuten-Palomino ORC ID 0000-0001-6333-978X CVU CONACYT ID 415369

ID 1er Coautor Luciano Aguilera-Vaacutezquez ORC ID 0000-0001-8095-6528 CVU CONACYT ID 123018

ID 2do Coautor Pedro Martin Garciacutea-Vite ORC ID 0000-0002-4185-5879 CVU CONACYT ID 227310

ID 3er Coautor Ana Mariacutea Mendoza-Martiacutenez ORC ID 0000-0003-2592-9230 CVU CONACYT ID 8374

DOI 1035429JCPE20191961321 Recibido 11 de Abril 2019 Aceptado 30 de Junio 2019

Resumen

Aumentar el aprovechamiento de la irradiacioacuten solar por el

metabolismo fotosinteacutetico de microalgas verdes es necesario

para explotar su potencial como fuente de liacutepidos

carbohidratos pigmentos o compuestos aromaacuteticos como

fuente de biocombustibles o productos de intereacutes Las

microalgas expuestas a la luz solar se adaptan sintetizando

una mayor cantidad de pigmento para disipar la energiacutea

lumiacutenica incidente a su vez la sobresaturacioacuten de los

fotosistemas celulares pero reducen la eficiencia del uso de

la luz La fotoaclimatacioacuten se describe por el contenido en

masa de clorofila en relacioacuten al contenido de carbono en la

biomasa (g Chlg C) En un fotobiorreactor al aire libre la

irradiancia depende de la geografiacutea la eacutepoca del antildeo y de las

condiciones atmosfeacutericas En la presente propuesta se

establece el estudio de la generacioacuten de biomasa de

microalgas como una funcioacuten dinaacutemica de la irradiancia y los

nutrientes a partir de estequiometriacutea variable representada

como CNChl y la asimilacioacuten primaria de los nutrientes

como nitrato (N) y amonio (A) en GC Los resultados de

investigacioacuten muestran una evolucioacuten de GC NC ChlC y

la biomasa como C (carbono) en diferentes escenarios de

parametrizacioacuten mostrando resultados consistentes

Microalgas Biomasa Modelado

Abstract

Increasing the use of solar irradiation by the photosynthetic

metabolism of green microalgae is necessary to exploit its

potential as a source of lipids carbohydrates pigments or

aromatic compounds as a source of biofuels or products of

interest Microalgae exposed to sunlight are able to adapt by

synthesizing a greater amount of pigment to dissipate the

incident light energy controlling the supersaturation of

cellular photosystems but reducing the efficiency of the use

of light The photoacclimation is described by the content of

chlorophyll mass in relation to the carbon content in the

biomass (g Chl g C) In an outdoor photobioreactor

irradiance depends upon geographical location time of year

and atmospheric conditions In the present proposal the

generation of biomass is established as a dynamic function of

the nutrients represented as C NChl and the primary

assimilation of nutrients as Nitrate (N) and Ammonium (A)

The results of this research show an evolution of G C N C

Chl C and biomass as C (carbon) in different scenarios of

parameterization showing consistent results

Microalgae Biomass Modelling

Citacioacuten GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y

MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 13-21

Correspondencia del Autor (Correo electroacutenico lucianoaguileraitcmedumx)

dagger Investigador contribuyendo como primer autor

ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

14

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GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

Actualmente existe una preocupacioacuten derivada

del raacutepido crecimiento de la poblacioacuten mundial

y a que los avances en la tecnologiacutea han

incrementado la demanda energeacutetica la cual se

proyecta a incrementar en un 50 o maacutes para el

antildeo 2030 (Enamala et al 2018 Raheem

Prinsen Vuppaladadiyam Zhao amp Luque

2018 Shuba amp Kifle 2018)

Las reservas de petroacuteleo no pueden

compensar la tasa de consumo actual ya que es

105 veces maacutes raacutepida de lo que la naturaleza

puede proveer Adicionalmente el uso de los

combustibles foacutesiles produce emisiones de gases

de efecto invernadero y la subsecuente

acumulacioacuten de CO2 en la atmosfera lo que

produce el calentamiento global Encontrar

nuevas fuentes energeacuteticas que sean tecnoloacutegica

y econoacutemicamente viables es sumamente

importante hoy en diacutea (Enamala et al 2018

Finkel et al 2010 Raslavičius Striūgas amp

Felneris 2018 Shuba amp Kifle 2018)

Una alternativa es el uso de organismos

fotosinteacuteticos capaces de aprovechar la luz solar

para producir compuestos orgaacutenicos Entre

estos destacan las microalgas que se han

estudiado como fuente de biomasa viable para

producir biocombustibles alimentos

medicamentos entre otros productos de intereacutes

comercial (Garciacutea Vizcaiacuteno 2018 Gupta Lee

amp Choi 2015 Kenny amp Flynn 2014 2017)

Ademaacutes a traveacutes de la fotosiacutentesis las

microalgas reducen las emisiones de dioacutexido de

carbono en la atmosfera (Rizwan Mujtaba

Memon Lee amp Rashid 2018)

La luz es el factor maacutes importante

afectando la cineacutetica de la fotosiacutentesis algal En

general la mayoriacutea de los sistemas de cultivo en

masa de las microalgas estaacuten limitados por la luz

porque esta es faacutecilmente absorbida y dispersada

por las ceacutelulas de las algas (Jeon Cho amp Yun

2005 Lehmuskero Chauton amp Bostroumlm 2018

Url amp Geider 2012)

Sin embargo comprender el

comportamiento metaboacutelico de las microalgas

para producir biomasa es principalmente

importante Es por ello por lo que a continuacioacuten

se describe maacutes acerca de dicho tema La

composicioacuten quiacutemica de las ceacutelulas de las algas

variacutea con la disponibilidad de nutrientes

(Davidson 1996)

Se ha simulado el metabolismo de

diferentes tipos de fitoplancton para relacionar la

asimilacioacuten de nutrientes con la composicioacuten

quiacutemica celular Es importante utilizar modelos

realistas que reflejen el estatus de los nutrientes

apropiadamente (K Flynn amp Butler 2007

Kevin J Flynn 2001a 2001b Kevin J Flynn

2013 Lopez Ponte 2019) Este tipo de modelos

desarrollados para muacuteltiples grupos de

fitoplancton tiene utilidad potencial en su

aplicacioacuten para dilucidar informacioacuten propia del

metabolismo intracelular que tiene lugar en los

diferentes sistemas de produccioacuten de biomasa

derivada de microalgas (Kevin J Flynn 2001a)

Tradicionalmente los modelos

matemaacuteticos para el crecimiento de algas

emplean las ecuaciones de Monod o los modelos

de cocientes de Caperon y Droop (Caperon

1967) En tales modelos la mayoriacutea de los

detalles bioloacutegicos son combinados en

ecuaciones singulares Aunque tienen la ventaja

de la simplicidad pero la desventaja de que no

pueden manipular interacciones multinutritivas

por lo que pueden llegar a tener poca

aproximacioacuten a la realidad Una estrategia

alternativa es formular modelos con

componentes mecanicistas que imiten mucho

maacutes de cerca las interacciones fisioloacutegicas de las

algas(Kevin J Flynn 2001a Garciacutea-Camacho

Saacutenchez-Miroacuten Molina-Grima Camacho-

Rubio amp Merchuck 2012)

El modelo que se seleccione debe reflejar

el del sistema objetivo en una amplia gama de

factores externos y por lo tanto ser de uso maacutes

general Previamente se han descrito modelos

mecanicistas individuales para varios aspectos

de fisiologiacutea de nutrientes en el fitoplancton

como aquellos que describen la interaccioacuten el

amonio y nitrato seguidos por descripciones de

la aclimatacioacuten a la luz y liberacioacuten de nitritos y

nutricioacuten de fosfato Los modelos mecanicistas

anteriormente mencionados pueden ser

modificados para contemplar casos que

correspondan a especies y condiciones de luz

particulares Los requerimientos de un escenario

en particular dictan el nivel de detalle necesario

en el modelo de microalgas a establecer Las

caracteriacutesticas comunes incluyen el uso

generalizado de los procesos de

retroalimentacioacuten que emplean funciones

hiperboacutelicas y sigmoidales rectangulares

normalizadas a los tamantildeos maacuteximos de las

reservas de nutrientes que regulan el transporte

de los nutrientes intracelulares (K J Flynn 1997

Kevin J Flynn 2013)

15

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GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

El objetivo de este trabajo es estudiar la

evolucioacuten dinaacutemica de los cocientes de

Glutamina- Carbono (GC) Nitroacutegeno-Carbono

(NC) Clorofila-Carbono (ChlC) y el

crecimiento de biomasa (C) en microalgas

verdes a traveacutes de un modelo mecanicista que

responda a cambios de la irradiancia (DFF) y

disponibilidad de nutrientes como Amonio (A) y

Nitroacutegeno (N) utilizando herramientas de

modelado matemaacutetico para simular fenoacutemenos

como la fotoaclimatacioacuten e interacciones

multinutriente en dichos organismos El presente

modelo contiene paraacutemetros que pueden

estimarse a partir de experimentos o anaacutelisis de

datos existentes que pueden utilizarse para

reproducir escenarios particulares de simulacioacuten

que precisen significativamente el

comportamiento de algas especiacuteficos

El esquema del modelo dado en la Figura

1 contiene cuatro variables de estado

describiendo la biomasa (C) los cocientes-C de

glutamina (GC) nitroacutegeno (NC) y clorofila

(ChlC) Debido a que todos los cocientes de

nutrientes variacutean no solo con la entrada y salida

de nutriente si no tambieacuten con los cambios en la

cantidad de C (debido a la respiracioacuten y la

fotosiacutentesis) todas las ecuaciones diferenciales

para los cocientes de nutriente en relacioacuten al C

incluyen el termino de velocidad especifica de

crecimiento de Carbono Cmicro (Kevin J Flynn

2001a) Por lo tanto para los nutrientes como X

con cocientes XC (donde XC es la proporcioacuten de

masa XC) se tiene que

d

dt∙ XC =

1

119862∙

d

dt∙ X minus Cmicro

119883

119862 (1)

Figura 1 Esquema de la estructura del modelo dinaacutemico

que muestra los principales flujos dentro y fuera de las

variables de estado (flechas soacutelidas y Tabla s) de los

paraacutemetros externos (nutrientes e irradiancia DFF) Las

variables de estado y los paraacutemetros externos se explican

en las Tablas 5 y 6 respectivamente

Fuente Elaboracioacuten propia basada en (Kevin J Flynn

2001a)

Metodologiacutea

La metodologiacutea empleada para desarrollar el

presente trabajo se describe a continuacioacuten El

presente modelo ha sido desarrollado a partir de

la combinacioacuten de componentes simplificados

de modelos dinaacutemicos mecanicistas previamente

propuestos para simular el crecimiento de

fitoplancton como funciones de amonio nitrato

luz fierro silicio fosforo y temperatura Como

siguiente paso los componentes se modificaron

para personalizar la estructura omitiendo

secciones que no aplican para el objetivo de

estudio En el presente modelo no se consideran

organismos de tipo diatomeas por lo que todas

las ecuaciones referentes a el silicio del modelo

original se removieron esto debido a que las

diatomeas contienen siacutelice en su pared celular y

las microalgas verdes no

Asiacute mismo tambieacuten se omitieron aquellas

ecuaciones que hacen referencia al tamantildeo

ceacutelulas debido a que solo se llevaran a cabo

simulaciones de la biomasa C sin dicho efecto

Para estaacute primera etapa de construccioacuten del

modelo no es necesario incluir una entrada de

Fierro (Fe) por lo que tambieacuten se omitioacute dentro

del modelo Asiacute mismo las reservas orgaacutenicas e

inorgaacutenicas de fosforo no fueron consideradas

De las simplificaciones anteriores se

seleccionaron los paraacutemetros auxiliares y

constantes referentes a la descripcioacuten de la

dinaacutemica de GC NC ChlC y la produccioacuten de

biomasa C en el tiempo que podriacutea ser utilizado

en microalgas verdes

Una vez realizada la simplificacioacuten de

variables se codificoacute el modelo en GNUreg

Octave versioacuten 441 La resolucioacuten numeacuterica

del modelo se realizoacute con funcioacuten la LSODE

(Livermore Solver for ODEs) la cual resuelve

expliacutecitamente sistemas stiff y no stiff

empleando la matriz Jacobiana (Gallagher amp

Smith 2018 Hindmarsh 1982) Para la

representacioacuten graacutefica de dichas soluciones se

utilizoacute Pythonreg 371 Posteriormente se fijaron

distintos escenarios de simulacioacuten para observar

el comportamiento del modelo las cuales se

discuten en el apartado de resultados La

descripcioacuten de las ecuaciones utilizadas se

muestra a continuacioacuten La descripcioacuten de los

paraacutemetros y sus valores se puede revisar en la

seccioacuten de anexos en las tablas 5 6 7 y 8

16

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GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

El valor maacuteximo del transporte de

amonio varia con el estatus del N en las ceacutelulas

y estaacute representado por Atq Las pruebas

condicionales booleanas (dentro de en las

ecuaciones) toman el valor de 1 si es verdadero

y 0 si es falso Ver tablas 56 y 7

Atq = 1

NCgt A4 ∙ Um ∙ A1 (1 minus e

A2∙(1

NCminusA4)

) ∙

eA3∙(

1

NCminusA4)

(2)

El transporte del amonio (At) estaacute

limitado por Atq que a su vez es una funcioacuten

hiperboacutelica de la disponibilidad del amonio

externo y se representa por la concentracioacuten

intracelular de un producto temprano de la

asimilacioacuten inorgaacutenica de nitroacutegeno (GC)

usando una funcioacuten sigmoidal Para ello se

utilizoacute la ecuacioacuten (3) Ver tablas 5 6 7 y 8

At = (AmG minus GC) gt 0 ∙ Atq ∙A

A+Akt∙

(1minusGC

AmG)4

(1minusGC

AmG)4+AhG

(3)

Para representar el valor maacuteximo de

transporte del nitrato se utilizoacute la ecuacioacuten (4)

Ver tablas 56 y 7

Ntq = 1

NCgt A4 ∙ Um ∙ N1 (1 minus

eN2∙(1

NCminusN4)) ∙ eN3∙(

1

NCminusN4)

(4)

Las interacciones de corto plazo entre el

amonio y el nitrato estaacuten controladas por el valor

de GC GC se sintetiza usando las entradas de N

de las fuentes inorgaacutenicas de N Dichas

interacciones se plantean en la ecuacioacuten (5) Ver

tablas 5 67 y 8

Nt = (

GC lt NmG1 ∙ Ntq ∙

N

N+Nkt∙

(1minusGC

NmG1)

4

(1minusGC

NmG1)

4+NhG

) +

(

GC lt NmG2 ∙ 10 ∙ Ntq ∙

N

N+200+Nkt∙

(1minusGC

NmG2)

4

(1minusGC

NmG2)

4+NhG

) (5)

El Nitroacutegeno proveniente de amonio yo

nitrato llevan a cambios en la concentracioacuten de

glutamina GC que a su vez proporciona una

regulacioacuten de retroalimentacioacuten del transporte

Para esta descripcioacuten se utilizoacute la ecuacioacuten (6)

Ver tablas 5 6 y 7

d

dt∙ GC = At + Nt minus 2 ∙ Um ∙ NCm ∙ NCu ∙ (2 minus

NCminus1198731198620

NCmminus1198731198620) ∙

(1+119860119860119898119866)∙GC

119866119862+119860119860119898119866∙ CAAs minus GC ∙

Cmicro (6)

El nitroacutegeno proporcionado por GC es

utilizado para sintetizar todos los componentes

nitrogenados NC La velocidad de siacutentesis de

NC es una funcioacuten hiperboacutelica de GC y estaacute en

funcioacuten del estatus de nitroacutegeno actual

representado por NCmicro La ecuacioacuten 7 se utilizoacute

para representar la velocidad de siacutentesis de NC

Ver tablas 6 7 y 8

d

dt∙ NC = Um ∙ NCm ∙ NCmicro ∙ (2 minus

NCminusNC0

NCmminusNC0) ∙

(1+AAmG)∙GC

GC+AAmG∙ CAAs minus NC ∙ Cmicro (7)

Para describir la velocidad relativa de

crecimiento NCmicro se utilizoacute la ecuacioacuten (8)

Ver tablas 5 6 y 7

NCmicro = NCm gt NC ∙(NCminusNC0)

(NCminusNC0)+NCk∙

(NCminusNC0)+NCk

(NCmminusNC0)+ NC ge

NC0 (8)

La fotoaclimatacioacuten se describe por la

proporcioacuten algal de clorofila con respecto a C-

biomasa (ChlC) Para representar los cambios

en el contenido de la clorofila representada como

se utilizoacute la ecuacioacuten (9) La siacutentesis de ChlC

estaacute en funcioacuten del estatus de N (ecuacioacuten 8) La

siacutentesis de ChlC es una funcioacuten hiperboacutelica

limitada por el maacuteximo valor (ChlCm) posible

de ChlC Ver tablas 5 6 y 7

d

dt∙ ChlC = ChlCm ∙ NCmicro ∙ M ∙ Um ∙ CAAs ∙

(1 minusPS

Pqm) ∙

(1minusChlC

ChlCm)

(1minusChlC

ChlCm)+005

minus ChlC ∙ (Cmicro +

(1 minus NCmicro )) ∙ Um (9)

Para representar la maacutexima velocidad de

fotosiacutentesis Pqm se utilizoacute la ecuacioacuten (10) la

cual estaacute en funcioacuten de NC descrita por NCmicro Ver tablas 6 7 y 8

Pqm = (Um + rbasal + Ncm ∙ Um ∙ (redco +

15)) ∙ NCmicro (10)

Para representar la respiracioacuten basal se

utilizoacute la ecuacioacuten (11) La funcioacuten con NC

asegura que las ceacutelulas cesan su respiracioacuten a

altos valores NC Ver tablas 5 6 y 7

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GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea Estudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando

la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

rbasal = Um ∙ 005 ∙101(

NCmminusNC

NCmminusNC0)

(NCmminusNC

NCmminusNC0)+001

(11)

Para representar la disponibilidad de

Carbono CAAs que controla la siacutentesis de ChlC

en la oscuridad Se utilizoacute la ecuacioacuten (12) Ver

tablas 5 6 y 7

CAAs = (PS

Pqm+ Crva) lt 1 ∙ (

PS

Pqm+

Crva) + (PS

Pqm+ Crva) ge 1 (12)

Para representar la reserva de C

disponible para los procesos metaboacutelicos en la

oscuridad o a muy bajas cantidades de luz

cuando la fotosiacutentesis es inadecuada se utilizoacute la

ecuacioacuten (13) Ver tablas 5 6 y 7

Crva =(1minus

NC

Cres1)

4

(1minusNC

Cres1)

4+Cres2

(13)

Para describir la disponibilidad de C para

la siacutentesis de aminoaacutecidos y siacutentesis de clorofila

y la regulacioacuten de la reduccioacuten de nitrato a

amonio se utilizoacute la ecuacioacuten (14) Ver tablas 5

6 y 7

Nred = (PS

Pqm+ 006 ∙ Crva) lt 1 ∙

(PS

Pqm+ 006 ∙ Crva) + (

PS

Pqm+ 006 ∙

Crva) ge 1 (14)

Para describir la fotosiacutentesis con los

valores actuales de ChlC Pqm y irradiancia

(DFF) se utilizoacute la ecuacioacuten (15) Ver tablas 5

6 y 7

PS = Pqm ∙ TanH (α ∙ DFF ∙ChlC

Pqm ) (15)

La velocidad especifica de crecimiento

de C-biomasa representa el balance entre la

fotosiacutentesis y la respiracioacuten y para ello se utilizoacute

la ecuacioacuten (16) Ver tablas 5 6 y 7

Cmicro = PS minus (redco ∙ Nt + (At + Nt) ∙ 15 +rbasal) (16)

El incremento de C-biomasa esta dado

por la ecuacioacuten (17) Ver tablas 5 y 6 d

dt∙ C = C ∙ Cmicro (17)

Resultados

Los resultados de esta simulacioacuten muestran una

evolucioacuten de ChlC NC GC y C por 24 horas

en 3 escenarios de simulacioacuten distintos ver

Tabal 1 Los valores de los vectores numeacutericos

obtenidos en la simulacioacuten se pueden observar

en las tablas 2 3 y 4 respectivamente

En el Grafico 1 se puede observar los

resultados de la evolucioacuten de las variables

dinaacutemicas de ChlC NC GC y C por 24 horas

bajo condiciones saturadas de nutrientes N y A

y de irradiancia En el Grafico 2 se puede

observar los resultados de la evolucioacuten de las

variables dinaacutemicas de ChlC NC GC y C por

24 horas bajo condiciones saturadas de

nutrientes N y A y deficientes de irradiancia En

el Grafico 3 se puede observar los resultados de

la evolucioacuten de las variables dinaacutemicas de ChlC

NC GC y C por 24 horas bajo condiciones

saturadas de irradiancia pero limitadas de

nutrientes N y A

Discusioacuten de los resultados

En el grafico 1 se observa que debido a que el

nitroacutegeno como amonio (A) yo nitroacutegeno (N) de

la glutamina es la fuente para la siacutentesis de todos

los otros componentes nitrogenados en la ceacutelula

su valor decae a medida que se forman los

compuestos nitrogenados y por lo tanto se refleja

un aumento desde 007 gNgC hasta 01565206

gNgC en el valor de NC en un periodo de 24

horas Tambieacuten se observa que la velocidad de

siacutentesis de NC es una funcioacuten hiperboacutelica de

GC en funcioacuten del estado actual de NC en cada

unidad de tiempo regulado por NCu Asiacute mismo

se puede notar el decremento en el valor de la

clorofila a medida que la biomasa (C) se genera

En el graacutefico 2 se puede observar que el

valor de ChlC en ausencia de irradiancia

permanece esto puede ser debido a que no es

utilizada para la produccioacuten de biomasa El

decaimiento en la evolucioacuten dinaacutemica de la

biomasa puede deberse a la ausencia de

irradiancia para realizar los procesos

fotosinteacuteticos Asiacute mismo se observa un

decaimiento brusco de GC entre la primera y

octava hora pero despueacutes tiende a estabilizarse

por el control de retroalimentacioacuten En el graacutefico

3 se observa que el incremento de NC en el

tiempo es menor cuando las ceacutelulas son

expuestas a concentraciones bajas de nutrientes

a pesar de ello se presenta un leve incremento en

el valor de la biomasa hasta 00085307 gChlgC

18

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la irradiacioacuten solar a traveacutes de un modelo dinaacutemico Revista de Energiacutea

Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Por otra parte las interacciones de corto

plazo entre la asimilacioacuten de N y A estaacuten

controladas por el valor de GC GC se sintetiza

asiacute misma usando las entradas de las fuentes de

N provenientes del control de

retroalimentacioacuten

Escenario Paraacutemetros externos

N A DFF

1 10 10 1000

2 10 10 0

3 1 1 1000

Tabla 1 Valores de los paraacutemetros externos A N y DFF

colocados en cada escenario de simulacioacuten Ver tabla 8

Variables Valor inicial Valor final Grafico

GC 0005 00017483 gN119892minus1C

NC 007 01565206 gN119892minus1C

ChlC 009 00106285 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 00645372 microgC119897minus1C

Tabla 2 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 1 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Variables Valor inicial Valor final Unidad

GC 0005 00073072 gN119892minus1C

NC 007 01765232 gN119892minus1C

ChlC 009 00906502 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 00085307 microgC119897minus1C

Tabla 3 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 2 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Variables Valor inicial Valor final Unidad

GC 0005 000022903 gN119892minus1C

NC 007 007867897 gN119892minus1C

ChlC 009 001097006 gChl119892minus1C

C-biomasa 001 001984692 microgC119897minus1C

Tabla 4 Resultados obtenidos de la simulacioacuten en el

escenario 3 para un periodo de crecimiento de 24 horas

Graacutefico 1 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 1

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Graacutefico 2 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 2

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Graacutefico 3 Evolucioacuten dinaacutemica de NC ChlC GC y C-

biomasa bajo el escenario de simulacioacuten 3

Fuente Elaboracioacuten propia en Pythonreg 371

Conclusiones

Se encontroacute que el modelo mecanicista

propuesto puede ser capaz de simular la

evolucioacuten dinaacutemica de los cocientes de

Glutamina- Carbono (GC) Nitroacutegeno-Carbono

(NC) Clorofila-Carbono (ChlC) y el

crecimiento de biomasa (C) en microalgas

verdes El modelo responde a cambios de la

irradiancia (DFF) y disponibilidad de nutrientes

como Amonio (A) y Nitroacutegeno (N) con las

herramientas de modelado matemaacutetico utilizadas

y muestra coherencia con planteamientos

teoacutericos revisados en la literatura (K Flynn amp

Butler 2007 Kevin J Flynn 2001a 2001b

Kevin J Flynn 2013)

19

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Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Prospectivas

En trabajos futuros se puede acoplar la

asimilacioacuten y transporte de fosforo (PC) entre

otros paraacutemetros externos Asiacute mismo tambieacuten

se pueden realizar trabajos de parametrizacioacuten

de las constantes candidatas mostradas en la

Tabla 7 para especies de microalgas particulares

que conlleven a disentildeos experimentales que

permitan obtener modelos particulares e

incrementar la informacioacuten de condiciones

oacuteptimas de obtencioacuten de biomasa derivada de

sistemas de cultivo de algas para la extraccioacuten de

diversos metabolitos de intereacutes en nuestra

regioacuten

Anexos

Ec Variable

de estado

Descripcioacuten Valor

Inicial

Unidad

6 GC GlutaminaCar

bono

ltAmG gN119892minus1C

7 NC NitroacutegenoCar

bono

ltNCm

NCo gN119892minus1C

9 ChlC ClorofilaCarb

ono

ltChlCm gChl119892minus1C

17 C Biomasa A criterio microgC119897minus1C

Tabla 5 Variables de estado y valores iniciales Fuente

(Kevin J Flynn 2001a)

Auxiliar Descripcioacuten Unidad

At Velocidad de transporte del

amonio gN119892minus1C119889minus1

Atq Transporte maacuteximo posible de

amonio a un dado NC gN119892minus1C119889minus1

rbasal Respiracioacuten basal gC119892minus1119862119889minus1

CAAs Disponibilidad de (C) para la

asimilacioacuten de (N) en

oscuridad

Ad

Crva Reservar disponible de (C) 0

si es miacutenimo 1 si es maacuteximo Ad

Cmicro Velocidad especifica de

crecimiento del cociente (C) gC119892minus1119862119889minus1

NCu NC normalizado 0 si es

miacutenimo y 1 si es maacuteximo Ad

Nred Disponibilidad normalizada

de (C) para la reduccioacuten de

nitrato en oscuridad 0 si es

miacutenimo y 1 si es maacuteximo

Ad

Nt Velocidad de transporte del

nitrato gN119892minus1119862119889minus1

Ntq Velocidad maacutexima de

transporte de nitrato a NC

actual

gN119892minus1119862119889minus1

PS Velocidad de fotosiacutentesis gC119892minus1119862119889minus1

Tabla 6 Variables auxiliares Ad adimensional

Fuente (Kevin J Flynn 2001a)

Constante Definicioacuten valor Unidad

A1 Constante que relaciona

NC y At

-0705 gN119892minus1C

A2 Constante que relaciona NC y At

0982 Ad

A3 Constante que relaciona

NC y At

-1061 Ad

A4 Constante que relaciona

NC y At el miacutenimo

CN para el transporte

de amonio

534 gC119892minus1119873

AAmG Constante de saturacioacuten

media para la siacutentesis de

AAs de la glutamina

0001 gN119892minus1C

AhG Constante para la

supresioacuten del transporte

de amonio por GC

01 Ad

Akt Constante de saturacioacuten media para el transporte

de amonio

14 microgN119897minus1

α 8times 10minus6

(119898minus2119892minus1119862ℎ119897 119886)(119892119862119898119900119897minus1119891119900119905oacute119899)

AmG Tamantildeo de la piscina de

glutamina que para el

transporte de amonio

001 gN119892minus1C

ChlCm Contenido maacuteximo de

ChlC

009

Cres1 Constante para

computar reserva de C valor de NC cuando

Crva es 0

02 gN119892minus1C

Cres2 Constante para

computar reserva de C

001 Ad

M

Escalar para optimizar

fotoaclimatacioacuten

2 Ad

N1

Constante que relaciona

NC y Nt

-02907 gN119892minus1C

N2

Constante que relaciona

NC y Nt

17644 Ad

N3

Constante que relaciona

NC y Nt

-19282 Ad

N4

Constante que relaciona

NC y Nt

547 gC119892minus1119873

NCk Constante para el

control de N del C-

crecimiento especifico

1 gN119892minus1C

NCm

Maacuteximo NC bajo crecimiento balanceado

015 gN119892minus1C

NhG Constate para la supresioacuten del transporte

de N por la glutamina

005 Ad

Nkt Constate de saturacioacuten

media para el

transportador de nitrato

1 valor para el

transportador 2 es 200

veces este valor

14 microgN119897minus1C

NmG1 Tamantildeo de la piscina de

glutamina que detiene el transporte de nitrato a

traveacutes del transportador

1

0003 gN119892minus1C

NmG2 Tamantildeo de la piscina de

glutamina que detiene el

transporte de nitrato a

traveacutes del transportador

2

0006 gN119892minus1C

redco

Respiracioacuten de Carbono

de apoyo para la reduccioacuten de nitrato a

amonio

171 gC119892minus1119873

Um

Maacutexima velocidad de

crecimiento

1 gC119892minus1119862119889minus1

Tabla 7 Constantes aquellas marcadas son candidatas

para parametrizacioacuten Ad adimensional

Fuente (Kevin J Flynn 2001a)

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Paraacutemetro Descripcioacuten Unidad

A Amonio microgN119897minus1

N Nitrato microgN119897minus1

DFF Densidad de flujo de

fotones micromol119898minus2119889minus1

Tabla 8 Paraacutemetros externos Fuente (Kevin J Flynn

2001a)

Agradecimiento

Se agradece al Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

por todos los apoyos y servicios prestados por

mis profesores para la realizacioacuten de este trabajo

Asiacute mismo a CONACYT por la beca otorgada

durante mis estudios de doctorado

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Junio 2019 Vol6 No19 22-30

Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Design and construction of a Compound Parabolic Concentrator (CPC) Solar

collector for air heating testing

SORIA-MEJIacuteA Sandra Palomadagger AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten

y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo-Ingenieriacutea en Energiacuteas Renovables

ID 1er Autor Sandra Paloma Soria-Mejiacutea ORC ID 0000-0002-0664-0688

ID 1er Coautor Joseacute Emmanuel Ambrosio-Juarez ORC ID 0000-0002-4741-9269 CVU CONACYT ID 563918

ID 2do Coautor Ivaacuten Toledo-Manuel ORC ID 0000-0001-9498-5506 CVU CONACYT ID 477272

ID 3er Coautor Joseacute Sabaacutes-Segura ORC ID 0000-0003-4579-0192 CVU CONACYT ID 891182

DOI 1035429JCPE20191962230 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

En este trabajo se presenta una propuesta de disentildeo y la

evaluacioacuten teoacuterica y experimental de un colector solar de

tipo concentrador paraboacutelico compuesto (CPC) con

absorbedor tubular para pruebas de calentamiento de aire

con rendimientos teacutermicos ideales para aplicaciones como

el secado y sistemas de acondicionamiento de aire El

colector consiste en cuatro concentradores formados de

laacutemina galvanizada que hacen la funcioacuten de reflejar la luz

solar hacia los tubos absorbedores con una relacioacuten de

concentracioacuten de 25 y un semiaacutengulo de aceptacioacuten de

235ordm con el objetivo de no requerir de un sistema de

seguimiento solar El absorbedor es un tubo de cobre

donde el aire circula Con esta propuesta del colector se

obtuvo una eficiencia teoacuterica de 25 lo que representa

una tercia parte de ganancia de energiacutea comparaacutendolo con

un CPC comercial Esta eficiencia se obtuvo de acuerdo a

lo materiales y dimensiones implementados El sistema es

teacutecnicamente factible de utilizarse para procesos de baja

temperatura con calidad promedio de 60 ordmC con lo que se

puede producir ahorros energeacuteticos significativos y

reduciendo la cantidad de emisiones de CO2 favoreciendo

al medio ambiente

Colector solar CCP Calentamiento de aire

Abstract

This paper presents a design proposal and the theoretical

and experimental evaluation of a solar collector of

parabolic concentrator type (CPC) with tubular absorber

for air heating tests with ideal thermal performances for

applications such as drying and conditioning systems air

The collector consists of four concentrators formed of

galvanized sheet that make the function of reflecting the

sunlight towards the absorber tubes with a concentration

ratio of 25 and an acceptance half-angle of 235ordm with the

objective of not requiring a system of solar tracking The

absorber is a copper tube where the air circulates With this

proposal from the collector a theoretical efficiency of

25 was obtained which represents a third part of energy

gain compared to a commercial CPC This efficiency was

obtained according to the materials and dimensions

implemented The system is technically feasible to be used

for low temperature processes with average quality of 60

ordmC which can produce significant energy savings and

reducing the amount of CO2 emissions favoring the

environment

Solar collector CCP Air heating

Citacioacuten SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-

SEGURA Joseacute Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas

de calentamiento de aire Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 22-30

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico josesabastecabasoloedumx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El crecimiento demograacutefico y su constante

desarrollo generan un desequilibrio ecoloacutegico en

el planeta generando fuentes de contaminacioacuten

que conllevan el deterioro de los recursos

naturales y el calentamiento global incontrolado

Meacutexico presenta una fuerte dependencia de los

combustibles foacutesiles para la generacioacuten de

energiacutea eleacutectrica presentando la tasa de

crecimiento anual de consumo de electricidad

maacutes alta entre los paiacuteses de EUA y Canadaacute con

34 por efecto de la progresiva demanda de

recursos energeacuteticos necesarios para su

expansioacuten econoacutemica (SENER 2015)

El uso de las fuentes de energiacuteas

renovables para la produccioacuten de energiacutea

eleacutectrica y calor en los distintos sectores

reduciriacutea en gran medida los problemas

econoacutemicos y medio ambientales en nuestro

paiacutes La tecnologiacutea que apunta a tener un mayor

auge es la energiacutea solar En Meacutexico se cuenta

con una excelente radiacioacuten solar disponiendo

en promedio anual de 45 a 56 kWhm2 de

radiacioacuten global media diaria (Herrera 2018)

El fin de este proyecto es utilizar la

energiacutea solar disponible mediante el disentildeo y la

fabricacioacuten de un colector solar de tipo

concentrador paraboacutelico compuesto (CPC) como

generador de aire caliente como un instrumento

de pruebas para cualquier aplicacioacuten que

requiera ser utilizado en hora solar punta a una

temperatura inferior a 60deg y que ademaacutes pueda

ser utilizado como una herramienta para el

ahorro de energiacutea Con este trabajo se quiere

fomentar una mayor investigacioacuten en el campo

de la energiacutea solar teacutermica para aplicaciones en

condiciones controladas para procesos de secado

o desinfeccioacuten a temperaturas que no superen los

70deg

Los CPC logran operar entre 30 a 200 degC

(UNAM 2018) asiacute pues en el presente trabajo

se profundiza en el disentildeo construccioacuten y

anaacutelisis del CPC como dispositivo captador de

radiacioacuten solar haciendo fluir el aire a traveacutes de

los tubos absorbedores para alguacuten proceso El

CPC se disentildea empleando materiales que

permiten la captacioacuten y absorcioacuten de la radiacioacuten

solar recibida en el lugar construyendo un

colector solar con cuatro reflectores de laacutemina de

acero galvanizada para formar los

concentradores y redirigir la radiacioacuten solar

desde la abertura hasta los receptores

Se agrega un receptor por cada

concentrador los cuales son encargados de

interceptar la energiacutea solar y transformarla en

energiacutea teacutermica empleando tubos de cobre por

ser un buen conductor teacutermico Su estructura es

realizada a base de materiales metaacutelicos para una

mejor rigidez y duracioacuten

Disentildeo del Colector Paraboacutelico Compuesto

(CPC)

El factor maacutes importante al disentildear este tipo de

colector es la relacioacuten de concentracioacuten que

para un sistema lineal viene dada por la

ecuacioacuten 1 (Duffie amp Beckman 2013)

C = Aa

Ar =

1

sin θa (1)

Para colectores CPC estacionarios el

aacutengulo de aceptacioacuten miacutenimo deberaacute ser igual a

47deg este aacutengulo seraacute capaz de cubrir la

declinacioacuten del sol desde el solsticio de verano

hasta el solsticio de invierno (2 x 235 deg) (Loacutepez

2011)

Un CPC con absorbedor tubular se disentildea

en base a la relacioacuten de concentracioacuten que se

requiere y al diaacutemetro exterior del tubo

absorbedor Para la construccioacuten de la paraacutebola

y la involuta del CPC se toma como referencia la

figura 1

Donde S es un punto geneacuterico en el

reflector el segmento RS es la tangente al tubo

absorbedor O es el centro del tubo r es el radio

del tubo AB es la parte de la involuta y BC es la

paraacutebola de la curva compuesta

Figura 1 Descripcioacuten del CPC para un receptor tubular

Fuente Blanco Gaacutelvez et al 2006

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

La ecuacioacuten 2 define el rango de la curva

de la involuta donde θ estaacute dado en radianes

0le θ le [(π

2 ) + θa] (2)

Las siguientes ecuaciones definen las

coordenadas x y para obtener la involuta de la

curva compuesta

x = r ( sin θ - θ cos θ) (3)

y = r (- cos θ - θ sin θ ) (4)

Para la parte de la paraacutebola en la curva

compuesta el rango para el valor del aacutengulo de

disentildeo θ va de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

[(π

2) + θa] le θ le [(

2) -θa] (5)

Donde las ecuaciones para las

coordenadas x y de la paraacutebola son

x = r [sin θ - π

2 + θa + θ - cos(θ - θa)

(1+ sin(θ - θa)) (cos θ)] (6)

y = r [- cos θ - π

2+ θa + θ - cos(θ - θa)

(1+ sin(θ - θa)) (sen θ)] (7)

Las ecuaciones anteriores son

programadas en el software Matlab para obtener

la geometriacutea del CPC teniendo como resultado

la figura 2 en donde el semiaacutengulo de aceptacioacuten

θa es igual a 235deg y el diaacutemetro del tubo

absorbedor es de 00142875 m para un iacutendice de

concentracioacuten de 25 el cual se encuentra dentro

del rango vaacutelido para este tipo de colector

Figura 2 Geometriacutea del Colector ciliacutendrico paraboacutelico

A continuacioacuten se simula el

comportamiento oacuteptico del CPC en el software

Tonatiuh en donde se realiza el trazado de rayos

desde una fuente solar supuesta hacia el CPC y

asiacute observar la reflexioacuten y recepcioacuten de los rayos

solares En la figura 3 se puede observar los

resultados obtenidos de la simulacioacuten donde se

percata que los rayos solares entran en el aacuterea de

abertura del colector luego son reflejados por la

laacutemina para despueacutes ser captados y absorbidos

por el tubo receptor

Figura 3 Comportamiento oacuteptico del CPC simulado en

Tonatiuh

Anaacutelisis Teoacuterico del Rendimiento Teacutermico del

CPC

El caacutelculo del rendimiento de los colectores de

concentracioacuten sigue los mismos lineamientos

generales que para los colectores de placa plana

(Duffie amp Beckman 2013) usando la siguiente

ecuacioacuten

η = Q

u

S ∙ Ac

(8)

Para determinar el calor uacutetil (Qu) se

implementa la ecuacioacuten 9

Qu= FR∙ Aa [S -

Ar

AaUL(Ts - Ta)] (9)

Donde la energiacutea que entra al sistema se

deriva de la radiacioacuten solar absorbida por la

tuberiacutea receptora del colector (S) la cual se

estima para cielo despejado a partir de la

siguiente ecuacioacuten condicionada por la

geometriacutea del colector

S = AC (Gb ∙ τcb∙τCPCb ∙ αb + Gd ∙ τcd ∙

τCPCd ∙ αd + Gg∙ τcg ∙ τCPCg ∙ αg) (10)

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Luego es necesario estimar la

contribucioacuten de la radiacioacuten directa (G subiacutendice

b por beam radiation) la radiacioacuten difusa (G

subiacutendice d por diffuse radiation) y la radiacioacuten

reflejada por el suelo (G subiacutendice g por ground-

reflected radiation) donde se consideran los

criterios de las ecuaciones 11 y 12

Gb = F ∙ Gbn ∙ cos θ (11)

Gd =

Gd

C si (β + θa) lt 90deg

Gd

2(

1

C - cos β) si (β + θa) gt 90deg

(12)

Gg= 0 si (β + θa) lt 90degGg

2(

1

C - cos β) si (β + θa) gt 90deg

(13)

De la ecuaciones 12 y 13 seguacuten la

condicioacuten β+ϴa para este caso y sabiendo que el

aacutengulo de inclinacioacuten respecto a la superficie

horizontal (β) de este colector es 21ordm y el

semiaacutengulo de aceptacioacuten ϴa es igual a 235ordm se

tiene β+ϴa= 445ordm que seraacute menor que 90ordm lo

que conlleva a resolver la ecuacioacuten 12 para

radiacioacuten difusa

Gd =Gd

C (14)

En cuanto a la radiacioacuten reflejada por el

suelo para este disentildeo se despreciara por ser

praacutecticamente nula cumplieacutendose la primera

condicioacuten

Gg= 0 (15)

Con los puntos anteriores determinados

la ecuacioacuten 10 resulta de la siguiente manera

S = AC (Gb ∙ τcb ∙ τCPCb ∙ αb + Gd ∙ τcd ∙

τCPCd ∙ αd) (16)

El colector propuesto no posee cobertura

ni en la estructura ni en los absorbedores por lo

tanto

τcb = τcd = τc = 1 (17)

Para encontrar el valor de la

transmisividad efectiva del CPC (τCPC ) se toma

en cuenta la fraccioacuten de la radiacioacuten que pasa a

traveacutes de la abertura del colector que se

concentra en el receptor donde la reflectividad

especular de las paredes de los concentradores

(ρr) y del nuacutemero promedio de reflexiones (nr)

esta transmitancia se expresa como (Duffie amp

Beckman 2013)

τCPCb = τCPCd = τCPC

= ρrnr (18)

nr = 1 - 1

Cm

(19)

Se debe conocer la absortancia de la

superficie receptora de cobre (αr) para la

radiacioacuten que seraacute el mismo valor para la

radiacioacuten directa (αb) y la radiacioacuten difusa (αd)

Entonces de acuerdo con (Duffie amp Beckman

2013) la ecuacioacuten 16 se reduce a la ecuacioacuten 20

donde la radiacioacuten solar total (G) es la suma de

las radiaciones directa (Gb) y difusa (Gd)

S = Ac ∙ G (τr ∙ τCPC ∙ αr) (20)

G = Gb + Gd (21)

(Hottel 1976) ha presentado un meacutetodo

para estimar la radiacioacuten transmitida a traveacutes de

atmoacutesferas claras que toma en cuenta el aacutengulo

cenital y la altitud para una atmoacutesfera estaacutendar y

para cuatro tipos de clima (Duffie amp Beckman

2013) el cual es utilizado para hallar la radiacioacuten

directa y difusa mediante las siguientes

ecuaciones

Gb = Go ∙ τb (22)

Gd = Go∙ τ119889 (23)

Donde la irradiancia extraterrestre se

puede conocer a partir de la ecuacioacuten 24

Go = 1367 (1 + 0033 ∙ cos 360 ∙ N

365) (24)

Para determinar las transmitancias

atmosfeacutericas para la radiacioacuten directa (τb) y

difusa (τd) se emplean las ecuaciones descritas

a continuacioacuten

τb = a0 + a1 exp (minus k

cos θz

) (25)

τd = 0271 - 0294 ∙ τb (26)

Donde los valores a0 a1 y k para la

atmoacutesfera estaacutendar se calculan a partir de las

ecuaciones siguientes para altitudes inferiores a

25 km asiacute como tambieacuten se requiere conocer el

coseno del aacutengulo cenital (ϴz) que viene dado

por la ecuacioacuten 30 (Hottel 1976)

a0 = 04237 - 00082 (6 - A)2 (27)

a1 = 05055 - 000595 (65 - A)2 (28)

k = 02711 - 001858 (25 - A)2 (29) cos θz = cos Φ ∙ cos δ ∙ cos ω + sin Φ ∙ sin δ (30)

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

En la que el aacutengulo de declinacioacuten solar

(δ) se calcula a partir de la ecuacioacuten 31 y el

aacutengulo horario (ω) de la ecuacioacuten 32 la cual

solicita el nuacutemero del tiempo solar (Tsun)

conocieacutendolo por medio de la ecuacioacuten 33 que

conlleva a pedir el nuacutemero del tiempo del reloj

actual (Tclock) y a resolver la Ecuacioacuten del

Tiempo (ET) (Duffie amp Beckman 2013)

δ = 2345 sin [360

365(284 + N)] (31)

ω = (Tsun- 12) ∙ 15 (32)

Tsun = Tclock + ET plusmn 4 (Lstd - Lloc) (33) ET = 987 sin(2B) - 753 cos B - 15 sin B (34)

B = (N - 81)360

365 (35)

Ahora bien se procede a calcular la

energiacutea que sale del sistema y esta viene dada por

las peacuterdidas teacutermicas del receptor teniendo en

cuenta la conveccioacuten y la radiacioacuten de la

superficie asiacute como tambieacuten la conduccioacuten a

traveacutes de la estructura de soporte las cuales

deben estimarse generalmente en teacuterminos del

coeficiente de peacuterdida UL que se basa en el aacuterea

del receptor y estaacute dado por

UL = Q

loss

π ∙ e ∙ L (Tr - Ta) (36)

La peacuterdida de calor del receptor (Qloss)

estaacute dada por lo siguiente

Qloss

= π De L σ (Tr

4 - Ti4)

1εr

+ 1 - εr

εr(De

Di)

(37)

Para encontrar el factor de eliminacioacuten

de calor del colector (FR) se despeja de la

ecuacioacuten 38 encontrando el factor de flujo del

colector (Frsquorsquo) de la ecuacioacuten 40 y el factor de

eficiencia (Frsquo) de la ecuacioacuten 41 (Duffie amp

Beckman 2013)

F = FR

F (38)

F= m ∙ Cp

Ar∙ UL∙ F[1 - exp (-

Ar ∙ UL ∙ F

m ∙ Cp)] (39)

F= Uo

UL (40)

Donde el flujo maacutesico m se calcula

primeramente para la ecuacioacuten 39 mediante la

densidad del fluido la velocidad promedio y el

aacuterea de la seccioacuten transversal normal a la

direccioacuten del flujo (Ar)

m = ρ ∙ V ∙ Ar (41)

El coeficiente global de transferencia de calor

basado en el diaacutemetro del tubo receptor externo

(Uo) entre el entorno y el fluido se calcula como

se muestra en la ecuacioacuten 42

Uo = (1

UL

+ De

hfi ∙ Di

+ De ∙ ln (

DeDi

frasl )

2 ∙ kr

)

-1

(42)

En el cual el coeficiente de transferencia

de calor del fluido de trabajo (hfi) se basa en el

diaacutemetro interior del tubo receptor y para

estimarlo se despeja de la siguiente ecuacioacuten

Nu = hfi ∙ Di

kaire (43)

Donde el nuacutemero de Nusselt se encuentra

tomando en cuenta las siguientes condiciones

(Duffie amp Beckman 2013)

Nu = 040 + 054 para 01 lt Re lt 1000

030 Re06 para 1000 lt Re lt 50000 (44)

En las que el nuacutemero de Reynolds estaacute dado

para una temperatura de aire de 20ordmC calculado

por medio de la ecuacioacuten 45

Re = ρ ∙ V ∙ Di

μ (45)

Las diferencias entre tener un receptor sin

cobertura y un receptor con cobertura se

encuentran en el caacutelculo de la radiacioacuten solar

total absorbida por el colector (S) y el

coeficiente global de peacuterdidas teacutermicas (UL)

Los caacutelculos realizados sirvieron para analizar

las variables involucradas en este proyecto

Descripcioacuten del sistema

El sistema de calentamiento estaacute constituido de

4 superficies paraboacutelicas reflectoras de laacutemina

de acero galvanizada de 091 m de longitud que

tienen como receptores cada una un tubo de

cobre de 1 m y una estructura de aacutengulos de

acero como soporte

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Este colector solar CPC utiliza la energiacutea

solar para calentar el aire circundante en el

interior de los tubos que despueacutes puede ser

utilizado o almacenado

El colector debe estar orientado hacia el

sur en el hemisferio norte apuntando hacia el

ecuador y ademaacutes debe estar colocado a cierta

inclinacioacuten de manera tal que pueda captar la

mayor radiacioacuten solar posible

El funcionamiento es sencillo por un

extremo de los tubos absorbedores entra el aire

con una temperatura baja el cual se va

calentando al recorrer la tuberiacutea de cobre y

luego sale por otro extremo con una temperatura

elevada Para que el aire circule no es necesario

el uso de bombas o dispositivos similares

funcionando debido al cambio de densidades que

el aire sufre al calentarse

Construccioacuten del Colector CPC

A continuacioacuten se describe el proceso de

construccioacuten del colector solar CPC Los

materiales se describen en la tabla 1

Primeramente se cortoacute la hoja de laacutemina

galvanizada quedando piezas con dimensiones

de 0375 x 091 m Para hacer la forma

paraboacutelica de los concentradores se doblan cada

hoja de laacutemina mediante una maquina dobladora

de accionamiento manual que realiza los

pliegues de forma lineal a lo largo de la laacutemina

como se ve en la figura 4

Cantidad Material Dimensiones

1 Hoja de laacutemina de acero

galvanizada

3 x 091rdquo

1 Tramo de tubo de cobre 1rdquo

4 Tramos de aacutengulo de

acero

1 x 1 x 18ldquo

6 Tees de cobre 1rdquo

2 Codos de cobre 90ordm 1rdquo

20 Remaches de aluminio

12 Tornillos de cabeza

hexagonal

frac14rdquo

12 Tuercas frac14rdquo

12 Arandelas de presioacuten

Grower

frac14rdquo

2 Pintura de color gris y

negra

Tabla 1 Materiales requeridos para la construccioacuten del

colector CPC

A continuacioacuten se realiza la unioacuten entre

dos laminas para obtener 4 elementos por lo cual

se soldaacuten en la parte donde se hicieron los

pliegues teniendo como resultado los

concentradores mostrados en la figura 5

Figura 4 Hojas de laacutemina galvanizada dobladas

Figura 5 Concentrador ensamblado

Se construyeron recuadros para cada

concentrador con los aacutengulos de acero para

soportar estas superficies reflectoras y estos

fueron montados sobre un soporte que sostiene

las superficies reflectoras creando con un

aacutengulo de acero un rectaacutengulo con dimensiones

de 133 x 098 m la cual esta inclinada a 21ordm

colocaacutendoles 2 bases y 2 de figura 6

Se cortaron 4 trozos de tubo de cobre de

1 m para formar un circuito en paralelo usando

codos de cobre fijaacutendose este conjunto despueacutes

a cada concentrador mediante un soporte hecho

mostrado en la figura 6

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

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Figura 1 Colector solar tipo CPC

Evaluacioacuten Experimental

Para realizar el anaacutelisis teacutermico del sistema

primeramente se realizan las mediciones de las

variables climatoloacutegicas en el lugar de pruebas a

cada hora a lo largo de 7 horas durante un mes

utilizando un termoacutemetro infrarrojo En la

siguiente tabla se muestran los valores promedio

obtenidos en la cual se puede observar que la

temperatura de salida en el colector se alcanza a

las 300 pm

Hr Rad

Solar

(Wm2)

Temp

Ambiente

(K)

Temp

Receptor

(K)

Temp

Interior

(K)

Temp

Salida

(K)

1100 64060 29475 30355 30155 30695

1200 81480 29645 31255 30515 31885

1300 80360 29715 32005 30925 32335

1400 79290 29945 32395 31005 32685

1500 53000 30005 33095 31175 33425

1600 52560 29955 31025 30605 31975

1700 10170 29355 28925 29545 29855

Tabla 2 Mediciones en el CPC

En el graacutefico 1 se puede apreciar que la

temperatura de salida del colector tiende a seguir

el comportamiento de la temperatura ambiente

aumentado considerablemente e influyendo de

forma notable en el rendimiento del sistema

Graacutefico 1 Graacutefica de las temperaturas en el CPC

Para conocer la cantidad de radiacioacuten

solar absorbida por el colector CPC se hallan los

valores necesarios para cada diacutea de pruebas

obteniendo como promedios los expresados en la

tabla 3 donde se toman en cuenta los valores

geomeacutetricos del CPC los aacutengulos del

movimiento aparente del sol y los datos

geograacuteficos del lugar donde se realizaron las

pruebas

Con los paraacutemetros de disentildeo efectuados

en el capiacutetulo 2 se presentan a continuacioacuten en

la tabla 4 las caracteriacutesticas de cada

concentrador las cuales son basadas

baacutesicamente en el diaacutemetro del receptor y el

aacutengulo de aceptacioacuten propuesto Siacutembolo Valor Unidad

Irradiancia

promedio

IT 5900 Whm2

Horas Solar Pico HSP 7 h

Radiacioacuten solar

total

G 7900119 Wm2

Radiacioacuten directa Gb 6024938 Wm2

Radiacioacuten difusa Gd 1875181 Wm2

Radiacioacuten

extraterrestre

Go 13455766 Wm2

Constante solar Gsc 1367 Wm2

Transmitancia

atmosfeacuterica para la

radiacioacuten directa

τb 04478

Transmitancia

atmosfeacuterica para la

radiacioacuten difusa

τd 01394

Valores para

atmoacutesfera estaacutendar

a0 02729

a1 03690

K 02595

Altitud del lugar A 17110 km

Aacutengulo cenital cos ϴz 03476 ordm

Latitud del lugar Φ 204399 ordm

Declinacioacuten solar Δ 145856 ordm

Inclinacioacuten Β 21 ordm

Aacutengulo acimutal 120574 -1015457 ordm

Aacutengulo horario Ω 733624 ordm

Tiempo solar Tsun 168908

Tiempo estandar Tclock 15

Ecuacioacuten del

tiempo

ET 00908

B 384658

Longitud estandar Lstd -102 ordm

Longitud local Lloc -10155 ordm

Constante de Stefan

Boltzmann

Σ 567x10-8 Wm2K4

Tabla 3 Datos considerados para los caacutelculos de radiacioacuten

solar

La superficie receptora como se ha

mencionado anteriormente es un tubo de cobre

que por su durabilidad su propiedad

anticorrosiva y sus propiedades teacutermicas ha sido

elegido para este proyecto

250

270

290

310

330

350

370

390

1100

a m

1200

p m

0100

p m

0200

p m

0300

p m

0400

p m

0500

p m

Temperatura Ambiente [K]

Temperatura Receptor [K]

Temperatura Interior [K]

Temperatura de Salida [K]

η = 24

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Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

En la tabla 5 se muestran las propiedades

que se tomaron en cuenta para los caacutelculos

considerando que la superficie fue pintada de

color negro para una mayor absorbancia de

calor

Siacutembolo Valor Unidad

Semiaacutengulo de aceptacioacuten ϴa 235 ordm

Concentracioacuten geomeacutetrica C 25

Longitud de abertura La 023 m

Altura del CPC H 032 m

Longitud del CPC L 091 m

Diaacutemetro exterior del tubo De 0028575 m

Diaacutemetro interior del tubo Di 00254 m

Espesor del receptor E 0003175 M

Aacuterea de abertura Aa 02093 m2

Aacuterea del receptor Ar 00817 m2

Nuacutemero total de

concentradores

4

Tabla 4 Caracteriacutesticas de cada CPC del colector solar

Siacutembolo Valor Unidad

Conductividad teacutermica Kr 385000 WmordmC

Absortividad αr 1

Emisividad ɛr 0037

Transmitancia τr 1

Tabla 5 Propiedades del receptor

La superficie reflectora elegida es la

laacutemina de acero galvanizada que es cortada en

segmentos y de la cual se requiere conocer para

el caacutelculo teacutermico la reflectividad especular de

esta mostraacutendose en la tabla 6

Siacutembolo Valor Unidad

Reflectividad especular ρr 078

Tabla 6 Reflectividad especular de la laacutemina galvanizada

El fluido de trabajo en este proyecto es el

aire pensando en las aplicaciones futuras que se

pudieran considerar donde en la tabla 7 se

muestran las propiedades de este a 20 ordmC asiacute

como tambieacuten la velocidad promedio que se

presenta en los diacuteas de pruebas

Siacutembolo Valor Unidad

Conductividad teacutermica Kaire 002476 Wm2K

Calor especifico Cp 1007 JkgK

Densidad Ρ 1204 kgm3

Velocidad V 01636 ms

Viscosidad dinaacutemica Μ 1825x10-5 kgms

Tabla 7 Propiedades del aire a 20 ordmC

Conociendo las propiedades y los datos

geomeacutetricos de los elementos que conforman el

colector CPC se procede a hallar las peacuterdidas

teacutermicas y la eficiencia del colector CPC en

donde la tabla 8 muestra los resultados

obtenidos

Siacutembolo Valor Unidad

Eficiencia del sistema Η 23

Aacuterea del colector Ac 08372 m2

Calor uacutetil Qu 950274 W

Radiacioacuten solar absorbida S 4957459 Wm2

Transmitancia del CPC τCPC 07495

Nuacutemero promedio de

reflexiones

nr 09574

Coeficiente global de

peacuterdidas de calor

UL 06816 Wm2K

Perdida teacutermica del

receptor

Qloss 01206 W

Factor de flujo del

colector

Frsquorsquo 09984

Factor de eliminacioacuten de

calor del colector

FR 09282

Factor de eficiencia del

colector

Frsquo 09297

Coeficiente global de

transferencia de calor

Uo 06337 Wm2K

Flujo maacutesico del aire 00161 kgs

Coeficiente de

transferencia de calor

dentro del tubo receptor

hfi 101406 Wm2K

Nuacutemero de Nusselt Un 104027

Nuacutemero de Reynolds Re 2741121

Tabla 8 Caracteriacutesticas geomeacutetricas y paraacutemetros de

caacutelculo en el colector solar tipo CPC

Se tiene que para estos diacuteas de pruebas se

consigue una eficiencia del 23 en promedio

siendo este factor importante en el disentildeo de

colectores ya que significa tener una ganancia al

retornar de forma uacutetil soacutelo una parte de la energiacutea

que recibe

Conclusiones

Al ser un colector de tipo estacionario se

consigue una baja concentracioacuten obteniendo

una radiacioacuten solar en el colector aceptable La

factibilidad de este trabajo es que cuenta con

concentradores como equipos principales hace

que se considere al colector cilindro paraboacutelico

compuesto como un camino viable tanto

econoacutemicamente como energeacuteticamente para

sistemas que requieran mantener una

temperatura baja en horas solares punta

Mediante los resultados obtenidos en este

proyecto se muestra que los resultados teoacutericos y

experimentales son similares asiacute mismo el

disentildeo probado permite que solo parte de la

radiacioacuten entre al colector permitiendo obtener

temperaturas de entre 50 y 60 degC La eficiencia

alcanzada por este proyecto es del 24 con

temperaturas de salida de 60 ordmC lo cual resulta

adecuado para ser implementado en sistemas que

requieran calor constante a temperaturas

relativamente bajas tales como invernaderos o

sistemas de climatizacioacuten

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Disentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador

Paraboacutelico Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de aire

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

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Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 31-38

Modelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFT

Molecularly modeling an activated carbon anode as a platinum support by means of

DFT calculations

VALENZUELA-HERMOCILLO Ernestodagger1 PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan2 y RIVAS-CASTRO

Sofiacutea1

1Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero Carrertera federal Toluca- Ixtapan de la Sal Km 64 Col La Finca

CP 51763 Villa Guerrero Meacutexico 2Instituto Tecnoloacutegico de Toluca CP 52149 Estado de Meacutexico Meacutexico

ID 1er Autor Ernesto Valenzuela-Hermocillo ORC ID 0000-0002-1126-5835

ID 1er Coautor Juan Pacheco-Sanchez ORC ID 0000-0002-9525-5473

ID 2do Coautor Sofiacutea Rivas-Castro ORC ID 0000-0001-9278-0793

DOI 1035429JCPE20191963138 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

En este trabajo se presenta el modelamiento molecular de

un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino de

una celda de combustible de membrana de intercambio

protoacutenico (PEMFC) en la cual interacciona platino (Pt)

como catalizador soportado en carboacuten activado (CA) con

hidroacutegeno molecular (H2) con el fin de romperlo o

ionizarlo Se analiza la adsorcioacuten que existe entre CA y Pt

como aacutetomo o como una estructura superficial

FCC(cuacutebica centrada en las caras) miacutenima para observar

si existe alguna diferencia entre carboacuten activado y sin

activar en la reaccioacuten Pt-H2 Usando caacutelculos cuaacutenticos de

la Teoriacutea del Funcional de la Densidad (DFT) se investigoacute

la adsorcioacuten y el efecto del carboacuten activado sobre platino

empleando distintas estructuras de carboacuten y de platino

Nuestros resultados muestran que los carbones activados

proporcionan un soporte estable para los catalizadores de

platino teniendo en cuenta que el CA presenta un pozo de

energiacutea potencial menor para adsorber el platino

(fisisorcioacuten) en cambio un Carboacuten sin activar presenta un

pozo de energiacutea potencial mayor (quimisorcioacuten)

DFT Carboacuten Activado Soporte de Platino

Abstract

In this paper we present the molecular modeling of an

activated carbon anode as platinum support of a proton

exchange membrane fuel cell (PEMFC) in which

platinum (Pt) interacts as a catalyst supported in activated

carbon (CA) with molecular hydrogen (H2) in order to

break it or ionize it The adsorption between CA and Pt is

analyzed as an atom or as a minimum FCC(face-centered

cubic) surface structure to observe if there is any

difference between activated and non-activated carbon in

the Pt-H2 reaction Using quantum calculations of the

Density Functional Theory (DFT) the adsorption and the

effect of activated carbon on platinum were investigated

using different carbon and platinum structures Our results

show that the activated carbons provide a stable support

for the platinum catalysts taking into account that the CA

presents a well of lower potential energy to adsorb the

platinum (physisorption) whereas an activated carbon has

a potential energy well major (chemisorption)

DFT Activated Carbon Platinum Support

Citacioacuten VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado

molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT Revista de Energiacutea Quiacutemica

y Fiacutesica 2019 6-19 31-38

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico neto_alexhotmailcom)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El actual uso excesivo de combustibles foacutesiles ha

ocasionado el aumento de las emisiones de

contaminacioacuten ambiental asiacute como la creciente

demanda energeacutetica a nivel mundial han

provocado la necesidad de disentildear e investigar

nuevas fuentes alternas para producir energiacutea

eleacutectrica de manera maacutes eficiente y amigable con

el medio ambiente (Appleby A J 1996) Las

celdas de combustible de hidroacutegeno tipo

membrana de intercambio de protones(PEM)

pueden convertir de manera eficiente la energiacutea

quiacutemica en electricidad con el agua como uacutenico

subproducto (Barreras F and Lozano A

2012)

Las fuentes de energiacutea renovables en el

futuro todaviacutea pueden requerir que la energiacutea se

almacena como combustibles liacutequidos para el

transporte El carboacuten activado como soporte de

catalizadores (platino paldio niquel) altamente

selectivos eficaces y robustos son de

importancia pueden llegar a cumplir con este

desafiacuteo y son un aacuterea activa de investigacioacuten

(Valenzuela A 2016)

El carboacuten activado se caracteriza por su

estructura porosa bien desarrollada lo que le

confiere una elevada superfice y capacidad de

adsorcion (Stoeckli F 1990 Molina S M

Rodriacuteguez F Caturla F Selleacutes M J 1995) En

las uacuteltimas deacutecadas se han estudiado materiales

carbonos que pueden ser utilizados tanto en

sensores electroquiacutemicos como soporte

(electrodo) de catalizadores (platino) en celdas

de combustible (Litster S Mclean G 2004

Kim M Park JN Kim H Song S Lee W-

H 2006)

El objetivo de la investigacioacuten es analizar

y comparar los datos teoacutericos con los

experimentales de las reacciones que suceden en

un electrodo de una celda de combustible y

poder proponer nuevos materiales como es el

caso del carboacuten activado como soporte de

catalizadores para la construccioacuten de las mismas

celdas y que estas tengan una mayor eficiencia

En los estudios teoacutericos de la interaccioacuten

platino-carboacuten activado no son muy frecuentes

por lo tanto tenemos que estudiar para entender

claramente la mayor parte posible sus

mecanismos de reaccioacuten Esto se persigue con la

intencioacuten de construir un electrodo de una celda

de combustible

Mediante el uso de la teoriacutea funcional de

la densidad (DFT) (Parr R Yang W 1989) Se

analizaraacute la adsorcioacuten de distintas estructuras de

carboacuten y carboacuten activado sobre el platino Para

llegar a la energiacutea de disociacioacuten entre dos

aacutetomos hay dos maneras La fisisorcioacuten

(adsorcioacuten fiacutesica) se produce una interaccioacuten de

van der Waals estas son de largo alcance pero

son deacutebiles La fisisorcioacuten se puede medir

registrando el incremento de temperatura de una

muestra de capacidad caloriacutefica conocida siendo

los valores normales de alrededor de 20 kJmol

En la quimisorcioacuten (adsorcioacuten quiacutemica)

se produce una unioacuten formando un enlace

quiacutemico normalmente covalente teniendo a

buscar posiciones que maximicen su nuacutemero de

coordinacioacuten con el sustrato La quimisorcioacuten

son mucho mayores que las de fisioadsorcioacuten

estando alrededor de los 200 kJmol (Atkins P

Friedman R 2005) La distancia entre los

aacutetomos es tambieacuten mucho menor en la

quimisorcioacuten que en la fisisorcioacuten Las energiacuteas

de fisisorcioacuten y quimisorcioacuten que se calcularon

estaacuten presentes en el documento y se

compararaacuten con los datos teoacutericos y

experimentales

Metodologiacutea a desarrollar

Investigamos las interacciones del carboacuten y

carboacuten activado como soporte de aacutetomos de

platino variando las estructuras de carboacuten

(Anillo de 6 carbonos anillo activado de 6

carbonos Grafeno y Grafeno activado) a traveacutes

del programa de estructura electroacutenica DFT

propuesto por Delley (Delley B Ellis D

Freeman A and Baerends E 1983) Se utilizoacute

un funcional de tipo local para el potencial de

intercambio y correlacioacuten este funcional

propuesto por Perdew-Wang (PWC) (Perdew

JP and Wang Y 1992) de la Aproximacioacuten de

densidad local(LDA) (Von Barth U Hedin L

1972) incluyendo la polarizacioacuten de spin

(Oliver G L Perdew J P 1979)

Los sistemas en estudio se corrieron

utilizando los caacutelculos de spin no restringidos

all electroacuten y un conjunto de base de tipo

DND(doble numeacuterical + d-DNP) el tamantildeo del

conjunto de bases DND es comparables a los

conjunto Gaussian 6-31G ademaacutes se incluyen

los caacutelculos de campo autoconsistente (SCF)

(Atkins PW 1999)

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Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

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Las modelaciones iniciaron con sistemas

pequentildeos de aacutetomos de platino (Pt) y aacutetomos de

carboacuten (C) y se fue aumentando el numero de

aacutetomos C (Placa de grafeno) y a su vez los

aringtomos de Pt (Estructura FCC de platino) en el

plano [111] encontrando las distancias de

interaccioacuten y energiacuteas de equilibrio y asiacute

construir las curvas de energiacutea potencial y poder

analizar el efecto que causa el carboacuten activado

sobre el platino (la adsorcioacuten del sistema) Las

estructuras que se emplearon fueron activadas

con hidroacutexido de potasio (KOH) para el anillo y

cloruro de zinc (Cl2Zn) para la placa de grafeno

(Rivas SF Pacheco JH 2016 Pacheco-

Saacutenchez J H Zaragoza-Rivera I P and

Bravo-Ortega A A 2016)

Resultados

El sistema de estudio se enfocoacute en analizar el

efecto que causa el carboacuten activado sobre el

platino se utilizoacute carboacuten activado obtenido

mediante activacioacuten quiacutemica los agentes

activantes que se usaron para activar fueron

KOH y Cl2Zn obtenido en simulaciones

moleculares ( Rivas SF Pacheco JH 2016

Pacheco-Saacutenchez J H Zaragoza-Rivera I P

and Bravo-Ortega A A 2016) Como dato de

partida para nuestra investigacioacuten se tiene que la

energiacutea experimental de interaccioacuten Pt-C es de

628 eV (Atkins PW 1999) lo que equivale a

14482 Kcalmol Por lo que con esta

informacioacuten y apoyaacutendonos de la teoriacutea de los

funcionales de la densidad se inicio la

investigacioacuten buscando cual aproximacioacuten y que

funcional se aproximara a este dato

experimental

Interaccioacuten del sistema C6 y C6A con un

aacutetomo de platino

En las simulaciones de las interacciones C6A-Pt

(Figura 1) y la C6-Pt (Figura 2) encontramos que

las distancias interatoacutemicas del C6 y C6A son

similares ya que el C6 tiene sus enlaces de 1331

Aring y las del C6A oscila entre los 1333 Aring y 1423

Aring

Figura 1 Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6 A-Pt

Figura 2 Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6-Pt

En cuanto a la energiacutea de equilibro

encontramos que se necesita -986053 Kcalmol

para formar la moleacutecula C6A-Pt y la moleacutecula

C6-Pt necesita -983141 Kcalmol y la distancia

de la moleacutecula C6A-Pt es de 2742 Aring la cual es

mayor que la de la moleacutecula C6-Pt que tiene

2582 Aring y el tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial es de -25182 Kcalmol (Graacutefico 2)

para la moleacutecula C6-Pt y de -19511

Kcalmol(Graacutefico 1) para la moleacutecula C6A-Pt

Graacutefico 1 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6A-Pt

Graacutefico 2 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6Pt

Ener

giacutea

(K

cal

mol)

Distancia (Å)

En

ergiacutea

(K

cal

mol)

Distancia (Å)

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carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

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Por lo que nos damos cuenta que a pesar

de que la energiacutea y la distancia de la moleacutecula

C6A-Pt es maacutes grande se tiene un tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial menor que el de la

moleacutecula C6-Pt lo que nos indica que la

adsorcioacuten del C6A sobre Pt tiende a una

fisisorcioacuten y C6-Pt tiende a una quimisorsioacuten

Interaccioacuten perpendicular de la moleacutecula de

Hidroacutegeno y un aacutetomo de platino

Para encontrar la energiacutea del hidroacutegeno se

realizoacute la simulacioacuten del sistema Pt-H2 para

romper el enlace de la moleacutecula de hidroacutegeno

(H2) para ello se colocoacute la moleacutecula de

hidroacutegeno y a un aacutetomo de platino a una

distancia de 1335 Aring del centro del aacutetomo de

platino a cada uno de los aacutetomos de hidroacutegeno

(H) con una distancia interatoacutemica de la

moleacutecula de hidroacutegeno de 07 Aring (Figura 3 )

Figura 3 Sistema Pt-H2

Despueacutes de la optimizacioacuten geomeacutetrica

del sistema Pt-H2 se encontroacute que el punto de

equilibrio estaacute a una distancia de 1808 Aring y una

energiacutea de -1833 kcalmol (Figura 4a) Se le

realizoacute el caacutelculo de conectividad y se rompioacute el

enlace de los aacutetomos de hidroacutegeno y cada uno de

los aacutetomos de hidroacutegeno se enlazaron al aacutetomo

de platino (Figura 4b )

a) b)

Figura 4 a) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema Pt-H2

b) Calculo de conectividad

Para obtener la energiacutea que genera la

moleacutecula de hidroacutegeno al romper el enlace y

tener dos aacutetomos de hidroacutegeno se calculoacute el

pozo de energiacutea potencial y para ello se fijo el

aacutetomo de platino y se fueron alejando y

acercando los aacutetomos de hidroacutegeno y se obtuvo

un tamantildeo del pozo de -22751 kcalmol

(Graacutefico 3) lo que equivale a 09865 eV

Graacutefico 3 Curva de energiacutea potencial del sistema Pt-H2

Al compara el tamantildeo de pozo de la

graacutefico 3 con el valor experimental de la

interaccioacuten Pt-H2 se encontroacute que se aproxima

ya que el valor experimental es de 2652

Kcalmol lo que equivale a 115 eV (Emrick

RM 1982)

Influencia del anillo de carboacuten en la reaccioacuten

PtH2

La influencia del C6 en la reaccioacuten Pt-H2 (Figura

5a ) se comparan los sistemas Pt-H2 y C6-Pt-H2

(Figura 5b) para ello se calcularon los puntos de

equilibrio y tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial de ambos sistemas la moleacutecula de

PtH2 se forma a una energiacutea Eeq=-1833

Kcalmol y una distancia de 1808 Aring con un

tamantildeo de pozo de -22751 kcalmol y para

formar la moleacutecula de C6-Pt-H2 se necesita una

energiacutea de Eeq=-1126490 Kcalmol a una

distancia req=1827 Aring y el tamantildeo del pozo de

energiacutea potencial es de -23301 kcalmol

(Graacutefico 4)

a) b)

Figura 5 a) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema Pt-H2

b) Optimizacioacuten geomeacutetrica del sistema C6-Pt-H2

Dado que las energiacuteas del tamantildeo de

pozo de estos sistemas son casi iguales entonces

se puede dice que el C6 ademaacutes de fungir como

un mero soporte tambieacuten aporta propiedades

cataliacuteticas y la superficie de C6 no sufre

modificaciones

En

ergiacutea

(K

cal

mo

l)

Distancia

(Å)

1 2 3 4 5

-20

-10

0

10

20

Interaccioacuten Pt-H2

Ene

rgiacutea

(K

ca

lm

ol)

Distancia r(Aring)

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Graacutefico 4 Curva de pozo de energiacutea potencial del sistema

C6-Pt-H2

Dado que las energiacuteas del tamantildeo de

pozo de estos sistemas son casi iguales entonces

se puede dice que el C6 ademaacutes de fungir como

un mero soporte tambieacuten aporta propiedades

cataliacuteticas y la superficie de C6 no sufre

modificaciones

Interaccioacuten del sistema estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno y estructura cristalina fcc de platino

soportada en una estructura grafeno activada

En la simulacioacuten entre la estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno (Figura 6) y estructura cristalina FCC de

platino en el plano (111) (Arenas De P H

1994) soportada en una estructura grafeno

activada (Figura 7) Para ello se encontroacute que los

puntos de equilibro de estas estructuras se

encuentran a una distancia de 2196 Aring y una

energiacutea de -5814346 kcalmol y un pozo de

potencial de -217674 Kcalmol (Graacutefico 5) y a

2956 Aring de distancia y -574173 kcalmol de

energiacutea y un pozo de potencial de -

101181Kcalmol (Graacutefico 6) respectivamente

Figura 6 Optimizacioacuten geomeacutetrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino en el plano [111] soportada en

una estructura grafeno

Graacutefico 5 Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina FCC de platino en el plano [111]

soportada en una estructura grafeno

Al hacer crecer el sistema llegamos a

estos datos donde encontramos que se necesita

menos energiacutea para formar estructura cristalina

FCC de platino soportada en una estructura

grafeno activada que la que se necesita de la

estructura cristalina FCC de platino en el plano

[111] soportada en una estructura grafeno

Figura 7 Optimizacioacuten geometrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino en el plano [111] soportada en

una estructura grafeno activado

Graacutefico 6 Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina FCC de platino en el plano [111]

soportada en una estructura grafeno activada

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia

(Å)

En

ergiacutea

(K

cal

mo

l)

Distancia

(Å)

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia (Å)

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Encontramos que el pozo de energiacutea

potencial es 50 maacutes pequentildeo en la estructura

de grafeno activada y estaacute no sufre

modificaciones superficiales comparadas con las

del grafeno sin activar Asiacute mismo la estructura

FCC de platino se desordena en presencia de

grafeno mientras que la estructura fcc de platino

en el plano [111] en presencia del grafeno

activado no sufre modificaciones estructurales

relevantes

Interaccioacuten del sistema estructura cristalina

fcc de platino soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno

La estructura cristalina FCC de platino en el

plano [111] soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno se comparoacute con el

sistema Pt-H2 Para ello se calculoacute el punto de

equilibrio de la estructura cristalina FCC de

platino soportada en grafeno con dos moleacuteculas

de hidroacutegeno

Figura 8 Optimizacioacuten geomeacutetrica del arreglo estructura

cristalina FCC de platino soportada en grafeno con dos

moleacuteculas de hidroacutegeno

Se encontroacute que tiene una energiacutea de

equilibrio de -6069151 kcalmol (Figura 8) y

una distancia de equilibrio de 2196 Aring entre el

grafeno y la estructura cristalina fcc de platino y

1876 Aring entre la estructura FCC de platino y una

moleacutecula de hidroacutegeno

Graacutefico 7Curva de pozo de energiacutea potencial del arreglo

estructura cristalina fcc de platino soportada en grafeno

con dos moleacuteculas de hidroacutegeno

Se calculo el tamantildeo del pozo de energiacutea

potencial variando(alejando y acercando) la

distancia entre un aacutetomo de platino de la

estructura cristalina FCC de platino y una de las

moleacuteculas de hidrogeno y se tuvo que el tamantildeo

de pozo de energiacutea potencial (graacutefico 7) es de -

18164 Kcalmol que al compararlo con el pozo

de energiacutea potencial del sistema Pt-H2 que es de

-22751 kcalmol por lo que se dice que la

magnitud de tamantildeo de pozo se reduce en un

20 Ademaacutes el valor de -18164 Kcalmol es

igual a 078 eV lo que es aproximado al que se

obtiene de voltaje de salida en una monocelda de

combustible real (Pacheco JH Garciacutea LA

Zaragoza IP and Bravo A (2005)

Conclusiones

En este trabajo se ha estudiado la interaccioacuten

entre el platino soportado en estructuras de

carboacuten y carboacuten activado utilizando la

metodologiacutea DFT con LDA PWC

El sistema C6-Pt que tiene una magnitud

de -25182 kcalmol y corresponde al tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial tiende a una

quimisorcioacuten y el sistema C6-APt que tiene una

magnitud de -19511 kcalmol de tamantildeo de

pozo de energiacutea potencial tiende a una

fisisorcion Los materiales carbonosos C6 C6A

Grafeno y Grafeno Activado influyen poco

sobre la reaccioacuten Pt-H2 ya que las magnitudes

del tamantildeo de pozo de energiacutea potencial son casi

iguales

Para las estructuras de grafeno y grafeno

activado como soportes de estructuras cristalina

de platino se encuentra que ambas corresponden

a una quimisorcioacuten por valores mayores a 50

kcalmol (Atkins PW 1999) Las estructuras

de grafeno activado no sufren modificaciones

estructurales al soportar al platino en cambio el

grafeno puro sufre un encorvamiento coacutencavo

hacia el platino

Con la estructura cristalina fcc de platino

soportado en grafeno se obtuvo que los valores

de la simulacioacuten son cercanos a un 975 a los

datos experimentales ya que DFT obtuvimos -

18164 Kcalmol equivalente a 078 eV mientras

que el experimental es 08 eV (Pacheco JH

Garciacutea LA Zaragoza IP and Bravo A

2005)

En

ergiacutea

(Kca

lm

ol)

Distancia (Å)

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Se determina que el carboacuten activado

muestra una mejor superficie para la dispersioacuten

(adsorcioacuten) del platino con menor energiacutea de

disociacioacuten pero auacuten es elevada para que se

realice en condiciones de temperatura ambiente

Asiacute mismo se llega a concluir que el carboacuten

activado como soporte de catalizadores influye

en las reacciones electroquiacutemicas que suceden

en el aacutenodo de una celdas de combustible tipo

PEM

De acuerdo con lo anterior mencionado

el carboacuten activado como soporte de catalizadores

es un excelente material para ser empleado en las

celdas de combustible tipo PEM asiacute como

tambieacuten se podraacute utilizar en otro tipos de celdas

de combustible como son las celdas de

combustible microbianas ya que su capacidad

de adsorcioacuten ayuda a que las reacciones se lleven

acabo de mejor manera

Agradecimiento

Se le agradece al Instituto Tecnoloacutegico de

Toluca y al CONACyT por los apoyos

brindados

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76

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Stoeckli F (1990) ldquoMicroporous carbons and

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Molina S M Rodriacuteguez F Caturla F Selleacutes

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Rivas SF Pacheco JH (2016) Modelacioacuten

del carboacuten activado mediante KOH e

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anillos Enviado a publicacioacuten

Pacheco-Saacutenchez J H Zaragoza-Rivera I P

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small carbon molecules and zinc dichloride DFT

study Enviado a publicacioacuten

38

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 31-38

ISSN 2410-3934 ECORFANreg Todos los derechos reservados

VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ-

Juan y RIVAS-CASTRO Sofiacutea Modelado molecular de un aacutenodo de

carboacuten activado como soporte de platino por medio de caacutelculos DFT

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

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Valenzuela A (2016) Construccioacuten de un

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Metepec Edo de Meacutexico

39

Artiacuteculo Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

Junio 2019 Vol6 No19 39-43

Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio

Zinc Sulfate Optimization in benefit process

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupedagger ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-

DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

ID 1er Autor Mariacutea Guadalupe Roacho-Torres CVU CONACYT ID 964639

ID 1er Coautor Cesar Octavio Encinas-Baca CVU CONACYIT ID 103864

ID 2do Coautor Melchor Omar Grijalva-Delgado CVU CONACYT ID 360907

DOI 1035429JCPE20191963943 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

Objetivos Calcular la cantidad de reactivo de Sulfato

de Zinc que maximice el beneficio de Plomo en el

proceso de beneficio de una planta de la regioacuten sur

del estado de Chihuahua Metodologiacutea Se realizaron

pruebas con diferentes cantidades de sulfato de Zinc

sobres las cuales se calculoacute la varianza y se

determinoacute el valor promedio de beneficio de Plomo

y Zinc Luego se obtuvieron las ecuaciones que

describen el comportamiento del beneficio de los

minerales y se calcularon los valores maacuteximos o

miacutenimos respecto a la ley Se calculoacute el valor optimoacute

de sulfato y se generaron cartas de control como

seguimiento al proceso Contribucioacuten Al optimizar

y estandarizar la cantidad de sulfato de Zinc como

reactivo en el beneficio en un proceso donde se

realizaba de forma empiacuterica no soacutelo se tiene un

mayor control sobre los resultados de la ley sino que

tambieacuten se optimizan los costos considerando que el

uso del reactivo es un importante insumo para el

proceso

Optimizacioacuten Sulfatos Beneficio

Abstract

Goals Calculate the amount of Zinc Sulfate reagent

that maximizes the lead benefit in the process of

benefiting a plant in the southern region of the state

of Chihuahua Methodology Tests were carried out

with different amounts of zinc sulfate on which the

variance was calculated and the average benefit value

of Lead and Zinc was determined Then the

equations were obtained that describe the behavior of

the benefit of the minerals and the maximum or

minimum values with respect to the law were

calculated The optimized sulfate value was

calculated and control charts were generated as

follow-up to the process Contribution By

optimizing and standardizing the amount of Zinc

sulfate as a reagent in the benefit in a process where

it was performed empirically not only does it have

greater control over the results of the law but also the

costs are optimized considering that the Reagent use

is an important input for the process

Optimization Sulfates Benefit

Citacioacuten ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y GRIJALVA-DELGADO Melchor

Omar Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 39-43

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

40

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Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

El proceso de beneficio de los minerales es sin

lugar a dudas una de las actividades econoacutemicas

maacutes importantes de nuestro paiacutes ya que de

acuerdo con la Secretariacutea de Economiacutea la

industria minera contribuye con el 4 del PIB

nacional ademaacutes de generar maacutes de 350 mil

empleos directos y maacutes de 16 millones

indirectos (Secretaria de Economiacutea 2019) [1]

La investigacioacuten desarrollada responde a

una necesidad de la industria de beneficio

minero al optimizar la cantidad de reactivo de

Sulfato de Zinc Flottec requerida para

recuperacioacuten del Pb y Zn La importancia de la

investigacioacuten no soacutelo radica en el impacto

econoacutemico que la optimizacioacuten conlleva sino

que tambieacuten representa un punto de partida para

el desarrollo de investigaciones posteriores

respecto al uso del reactivo seguacuten las variaciones

en ley que la extraccioacuten del mineral puede

presentar

La hipoacutetesis de la investigacioacuten estaacute

centrada en la demostracioacuten estadiacutestica del

impacto de la cantidad de Sulfato de Zinc Flottec

en el porcentaje de beneficio de los minerales

En la primera seccioacuten se hace una

descripcioacuten geneacuterica de la metodologiacutea de toma

de muestras En la seccioacuten sobre la coleccioacuten de

los datos del reactivo se muestran las adiciones

del reactivo en las operaciones de molino limpia

y mixtura

En la tercera seccioacuten se hace un

comparativo de las diferentes cantidades

adicionadas de ZnSO4 y los resultados que estaacuten

generaron en los anaacutelisis quiacutemicos

Posteriormente en la seccioacuten de Anaacutelisis de

varianza se valida y demuestra estadiacutesticamente

la Hipoacutetesis que afirma que diferentes adiciones

de ZnSO4 generan diferencias significativas en

el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales

En la seccioacuten de resultados se calcula

matemaacuteticamente la cantidad de ZnSO4 que

genera el mayor beneficio de Pb Ademaacutes se

demuestra como la estandarizacioacuten de la

cantidad de reactivo utilizado no soacutelo

incrementoacute el beneficio promedio de

recuperacioacuten de Pb sino que disminuyoacute de

forma considerable la variabilidad del

porcentaje dando con ello mayor estabilidad al

proceso

Generacioacuten de muestras

Para la obtencioacuten de las muestras analizadas en

las diversas pruebas se obtuvieron 30 kg de

mineral al cual se le dieron 5 procesos de

cuarteo y una vez pulverizado se pasoacute por la

maya 100

En el molino de bolas se le dieron 20 30

40 y 50 minutos a las muestras de forma previa

a pasarse por la maya 200 hidratada Una vez

filtrado el mineral fue secado en mufla por un

tiempo de 40 minutos

Coleccioacuten de datos del reactivo

Se corrieron diversas muestras sobre la cantidad

de ZnSO4 que se adheriacutea a las celdas de plomo

generando estadiacutestica sobre

ndash Molino en la operacioacuten de molienda

ndash Limpia cuando el mineral es flotado en

las celdas

ndash Mixtura adherido a los

acondicionadores antes de pasar por la

celda

Las operaciones eran realizadas de forma

completamente empiacuterica un ejemplo de las

adiciones del reactivo llevadas a cabo en una de

las recompensas se muestran en la Tabla 1

Reactivo ZnS04 sulfuro de zinc

Dilucion 10

Adicioacuten de reactivo en proceso

HR Molino Limpia Mixtura

0800 3500 1200 360

0900 3500 1200 400

1000 3600 1200 360

1100 3500 1200 360

1200 3500 1250 360

1300 3600 1200 360

1400 3500 1200 360

Promedio 35285714 12071429 3657143

Tabla 1 Ejemplo de adiciones de ZnSO4

Fuente Elaboracioacuten Propia

Asiacute el caacutelculo de las adiciones se generoacute

en 30 muestras a fin de lograr hacer un

comparativo una vez que se cuente con el caacutelculo

de la cantidad de sulfato oacuteptimo a ser adicionado

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Muestreo del Sulfato de Zinc

Se realizaron 30 muestras con la adicioacuten desde

1000 hasta 2000 grston en intervalos de 250

grston generando el certificado de anaacutelisis

quiacutemico de cada uno de ellos a fin de realizar un

comparativo del beneficio de los minerales

Un ejemplo de los certificados generados

en cada muestra se presenta en la Tabla 2

Tabla 2 Ejemplo de certificado de anaacutelisis quiacutemico

Fuente Planta de Beneficio

Anaacutelisis de Varianza para los muestreos

A fin de validar cada una de las muestras

tomadas con las diferentes adiciones se realizoacute

un anaacutelisis de varianza ya que acuerdo con

Montgomery (2013) [2] el Anaacutelisis de Varianza

o ANOVA permite resolver estos casos en

donde una variable x tiene a tratamientos de

forma que evaluando el porcentaje de Zn y Pb

obtenido ya que son los minerales de mayor

importancia para el resultado del proceso del

beneficio La tabla 3 muestra los datos

colectados donde en la primera fila se muestran

los grston de ZnSO4 que se adicionaron y en las

siguientes filas se muestra el porcentaje de Pb

beneficiado

2000 1750 1500 1250 1000

77 81 82 82 78

82 78 79 81 75

75 82 81 82 81

80 88 87 86 83

78 84 86 87 82

79 91 92 88 84

Tabla 3 Datos colectados de porcentaje de Pb beneficiado

con diferentes adiciones de ZnSO4

Fuente Elaboracioacuten Propia

Mediante el uso del software Minitab se

realizoacute el ANOVA obteniendo la informacioacuten

mostrada en la Figura 1

Null hypothesis

All means are equal

Analysis of Variance

Source DF Adj SS Adj MS F-Value

Factor 4 1771 4428 308

Error 25 3598 1439

Total 29 5370

Figura 1 ANOVA para muestras de Pb

Fuente Elaboracioacuten Propia

El valor de la F teoacuterica con un nivel de

confianza de 95 es de 2759 Por lo tanto se

rechaza Ho y las diversas adiciones producen

diferencias significativas en el beneficio de

Pb El anaacutelisis ANOVA para el beneficio de Zn

en base a la adicioacuten de ZnSO4 se muestra en la

Figura 2

Analysis of Variance

Source DF Adj SS Adj MS F-Value

Factor 4 32880 82200 7339

Error 25 2800 1120

Total 29 35680

Figura 2 ANOVA para muestras de Zn

Fuente Elaboracioacuten Propia

Al igual que en el beneficio de Pb se

rechaza Ho y las diversas adiciones producen

diferencias significativas en el beneficio de

Zn

Resultados

A partir de los promedios de los resultados de

porcentajes beneficiados de Pb se graficoacute y se

encontroacute la ecuacioacuten que describe su

comportamiento y se muestra en la Grafica 1

Reactivos Circuito de Pb

ZnSO4 flottec 2000 grston

Mixtura ZnSO4 flottec NaCn 200 grston

Aherophine 3418 15 grston

Espumante 834 16 grston

Xantato 343 10 grston

Descripcioacuten Peso gr Au Ag Pb

R-5584 Conc Pb 341 66 643 67

Medios Pb 1069 17 121 78

Cola Pb 859 03 22 08

Cabeza calculada 07 54 38

549 591 790

R-5584 Zn Fe

Conc Pb 341

Medios Pb 1069 35 2

Cola Pb 859 79 55

Cabeza calculada 56 43

Recuperacioacuten 30 11

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Grafica 1 Ecuacioacuten de de beneficio de Pb

Fuente Elaboracioacuten Propia

Asiacute la ecuacioacuten que describe el

comportamiento del beneficio del Pb teniendo

como variable independiente (x) los gramos de

ZnSO4 adicionados es

119889119890 119861119890119899119890119891119894119888119894119900 119875119887 =

minus0000021199092 + 00607 119909 + 40463 (1)

De la cual por maacuteximos y miacutenimos se

obtiene

yacute= - 000004x + 00607 (2)

donde x= 1518 grston de ZnSO4 Flottec que

deben ser adicionados para obtener el beneficio

optimo estimado en un promedio de 865

El grafico que describe el

comportamiento del beneficio del Zn se muestra

en la Grafica 2

Grafica 2 Ecuacioacuten de de beneficio de Zn

Fuente Elaboracioacuten Propia

119889119890 119861119890119899119890119891119894119888119894119900 119885119899 =

minus00000091199092 + 00178 119909 + 2757 (3)

Al igual que lo planteado con la ecuacioacuten

1 por maacuteximos y miacutenimos se obtiene que x= 988

grston de ZnSO4 Flottec que deben ser

adicionados para obtener el beneficio oacuteptimo de

1155

Sin embargo dado que la desviacioacuten

estaacutendar es mayor en el beneficio del Zn y que el

Pb produce una mayor compensacioacuten

econoacutemica se decidioacute enfocar la los resultados

de la investigacioacuten en el beneficio optimo en

base al Pb

Una vez que se estandarizoacute la adicioacuten del

ZnSO4 Flottec se elaboraron cartas de control en

base al beneficio de Pb en 20 muestras La

Grafica 3 arroja los resultados de las muestras

tomadas al inicio de la investigacioacuten mientras

que la Grafica 4 muestra datos posteriores a la

estandarizacioacuten

Grafica 3 Carta de Control de las muestras con adicioacuten de

ZnSO4 aleatorio

Fuente Elaboracioacuten Propia

Grafica 4 Carta de Control de las muestras con adicioacuten de

ZnSO4 estandarizado

Fuente Elaboracioacuten Propia

Ademaacutes la desviacioacuten estaacutendar

disminuyoacute de 4303 a 1927 con lo cual la

variacioacuten del beneficio es menor

Conclusiones

A partir de los resultados obtenidos se

desprenden una serie de contribuciones en el

proceso de recuperacioacuten de los minerales

analizado

y = -2E-05x2 + 00607x + 40463

Rsup2 = 09668

78

79

80

81

82

83

84

85

86

0 500 1000 1500 2000 2500

y = -9E-06x2 + 00178x + 27571

Rsup2 = 09717

0

2

4

6

8

10

12

14

0 500 1000 1500 2000 2500

28252219161310741

95

90

85

80

75

70

Observation

Ind

ivid

ual

Valu

e

_X=8237

UCL=9291

LCL=7182

I Chart of Pb

191715131197531

92

90

88

86

84

82

80

Observation

Ind

ivid

ual

Valu

e

_X=8585

UCL=9145

LCL=8025

I Chart of Pb Estandarizado

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Optimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficio Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Por una parte el calcular la cantidad

optima de ZnSO4 permitioacute obtener el porcentaje

de recuperacioacuten maacutes alto de Pb Ademaacutes generoacute

un proceso maacutes estable al estandarizar la

operacioacuten

Con ello el costo del reactivo disminuyoacute

al evitar la aleatoriedad que de forma empiacuterica

generaba la adicioacuten del reactivo Ademaacutes el

mantener un proceso de beneficio maacutes estable

contribuye a que la planta tenga una mayor

certeza en los caacutelculos de su capacidad de

produccioacuten ya que si bien dada la misma

naturaleza del proceso de extraccioacuten existe una

variabilidad inherente contar con un caacutelculo

exacto permite proveer una mayor certeza

Como recomendacioacuten es importante

considerar que el caacutelculo de la cantidad oacuteptima

de ZnSO4 Flottec debe realizarse de forma

perioacutedica bajo la metodologiacutea ya establecida

Asiacute la cantidad se ldquoajustarardquo seguacuten las

variaciones en ley de las extracciones

Por otro lado la posibilidad de mejora de

la investigacioacuten radica en encontrar la cantidad

optima de ZnSO4 Flottec a adicionar

considerando tanto el beneficio del Pb como el

de Zn para lo cual deben considerarse los

valores de venta de los minerales como

funciones a optimizar y las adiciones como

restricciones del sistema

Referencias

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minero-metaluacutergico en Meacutexico contribuye con el

4 por ciento del Producto Interno Bruto

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Huerta Solano C R (2019) Evaluacioacuten del

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produccioacuten y anaacutelisis quiacutemico y fiacutesico del plomo

y sus oacutexidos Tesis Facultad de Ingenieriacutea

Quiacutemica UNMSM Lima1982 pp10-30

44

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Junio 2019 Vol6 No19 44-51

Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremado

Effect of the addition of inulin on the physicochemical properties of skimmed panela

cheese

AGUILAR Mariacuteadagger CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

ID 1er Autor Mariacutea Aguilar ORC ID 0000-0001-7727-3996 Researcher ID Thomson S-8519-2018 CVU CONACYT

ID 476294

ID 1er Coautor Joseacute Carranza ORC ID 0000-0003-3345-5987 CVU CONACYT ID 177857 SNI nivel 1

ID 2do Coautor Mariacutea Bermuacutedez

ID 3er Coautor Carlos Romo ORC ID 0000-0002-4410-7470 CVU CONACYT ID 275499

DOI 1035429JCPE20191964451 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

El objetivo de esta investigacioacuten fue analizar como la

inulina en concentraciones de 1 2 3 4

afecta la composicioacuten fisicoquiacutemica del queso panela

tipo descremado Los quesos panelas se elaboraron

en el Taller de Laacutecteos del Aacuterea de Tecnologiacutea de

Alimentos de la Universidad Autoacutenoma de

Aguascalientes (UAA) Los anaacutelisis fisicoquiacutemicos

de pH humedad cenizas soacutelidos totales y grasa se

realizaron el Laboratorio de Control de Calidad del

Centro de Ciencias agropecuarias de la misma

universidad de acuerdo a los meacutetodos de las Normas

mexicanas Para el anaacutelisis estadiacutestico se realizoacute

anaacutelisis de la varianza (ANOVA) de una viacutea

Mediante el anaacutelisis de comparacioacuten muacuteltiple Tukey

(plt005) Empleando el programa estadiacutestico

Statgraphics Centurion XV De acuerdo a los

resultados obtenidos se observoacute que la inulina

modificoacute el pH humedad cenizas y soacutelidos totales

del queso panela descremado desde concentraciones

al 1

Queso Inulina Composicioacuten Fisicoquiacutemica

Abstract

The objective of this investigation was to analyze

how inulin affects concentrations of 1 2 3

4 the physicochemical composition of panela

cheese The panela cheese was made in the Dairy

Workshop of the Food Technology Area of the

Autonomous University of Aguascalientes (UAA)

The physicochemical analyzes of pH humidity

ashes total solids and fat specifically the Quality

Control Laboratory of the Center of Agricultural

Sciences of the same university according to the

methods of the Mexican Standards For the statistical

analysis the analysis of the variance (ANOVA) of a

pathway was performed Using Tukey multiple

comparison analysis (p lt005) Using the statistical

program Centurioacuten XV Statistics According to the

results detected inulin was modified it changed the

pH humidity ashes and total solids of skimmed

panela cheese from 1

Cheese Inulin Physicochemical composition

Citacioacuten AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en

las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 44-51

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico mmaguilacorreouaamx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

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AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO

Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

2019

Introduccioacuten

De acuerdo a la Norma Oficial Mexicana NOM-

155-SCFI-2012 la leche se define como el

producto obtenido de la secrecioacuten de las

glaacutendulas mamarias de las vacas

En cuanto a su produccioacuten mundial

Meacutexico es considerado uno de los principales

productores el Servicio de Informacioacuten

Agroalimentaria y Pesquera (SIAP) en el 2016

informoacute que tres de cada cien litros que se

producen en el mundo son de origen mexicano

Para el antildeo 2025 se preveacute que la produccioacuten

mundial aumentaraacute 177 millones de toneladas

con una tasa de crecimiento promedio del 18

por antildeo en los proacuteximos 10 antildeos Durante el

mismo periodo se pronostica que el consumo

per caacutepita de productos laacutecteos incrementara un

08 y 17 por antildeo en los paiacuteses en desarrollo

y entre 05 y 11 en los paiacuteses desarrollados

(FAO 2016)

En relacioacuten a su valor nutricional la

leche y los productos laacutecteos constituyen un

grupo de alimentos con un importante aporte de

proteiacutenas (muy digeribles de alto valor

bioloacutegico) ricos en calcio foacutesforo y selenio y asiacute

como diversas vitaminas como vitamina A B1

B2 y B12 y en menor cantidad contienen B6 B3

B8 (Milke 2011) Aunque su composicioacuten

quiacutemica puede variar en funcioacuten de la etapa en la

que se encuentre la vaca (Badui 2012)

La importancia de la leche y sus

derivados es evidente para mantener un buen

estado de salud en cualquier etapa de la vida es

por esto que los productos laacutecteos estaacuten

recibiendo mayor atencioacuten debido a que estos

alimentos son ricos en nutrientes ademaacutes de ser

excelente vehiacuteculo para los llamados alimentos

funcionales Un ejemplo son los quesos

(Bautista 2014)

Los quesos se definen como productos

elaborados con la cuajada de leche estandarizada

y pasteurizada de vaca o de otras especies

animales Existen 3 tipos de quesos de acuerdo a

su clasificacioacuten por proceso fresco madurado o

procesado (Norma Oficial Mexicana NOM-

121-SSA1-1994) El queso panela por su alto

contenido de humedad corteza y su periodo de

vida de anaquel corto es considerado un queso

fresco

La industria de productos laacutecteos realiza

pruebas fisicoquiacutemicas en el queso para verificar

la calidad del producto y analizar como la

adicioacuten de alguacuten aditivo modifica su

composicioacuten Entre las pruebas que se incluyen

son el pH humedad cenizas solidos totales y

grasa

El pH funciona como indicador de la

actividad de las bacterias mesoacutefilas y termoacutefilas

Al medir el pH se asegura que la cuajada fresca

esteacute en el camino correcto para convertirse en

queso (Mullen 2018) En cuanto a la humedad

la NMX-F-083-1986 la define como la peacuterdida

en peso que sufre un alimento al someterlo a las

condiciones de tiempo y temperatura prescritos

Respecto al anaacutelisis de soacutelidos totales este

incluye el valor de proteiacutenas cenizas lactosa y

grasa El meacutetodo que propone la NMX-F-111-

1984 para realizarlo es el gravimeacutetrico sin

embargo tambieacuten puede ser calculado por

diferencia del contenido de humedad

Asimismo la NMX-F-100-1984

establece el procedimiento para determinar la

grasa butiacuterica en quesos por el meacutetodo de

Gerber-Van Gulik este consiste en la digestioacuten

parcial de los componentes del queso excepto la

grasa en aacutecido sulfuacuterico Emplea alcohol

isoamiacutelico para ayudar a disminuir la tensioacuten en

la interface entre la grasa y la mezcla en reaccioacuten

(aacutecido sulfuacuterico-leche) lo que facilita el ascenso

de los gloacutebulos pequentildeos de grasa por

centrifugacioacuten El alcohol isoamiacutelico reacciona

con el aacutecido sulfuacuterico formando un eacutester que es

completamente soluble en dicho aacutecido Por otro

lado las cenizas representan el contenido en

minerales del alimento en general las cenizas

suponen menos del 5 de la materia seca de los

alimentos (Maacuterquez 2014) El meacutetodo que

propone la NMX-F-094-1984 es el gravimeacutetrico

El queso contiene la mayoriacutea de los

nutrientes de la leche con excepcioacuten de la lactosa

y algunas vitaminas hidrosolubles (Baro et al

2010) Pero en general la cantidad de fibra que

aporta el queso panela y los laacutecteos es muy baja

o nula

La NOM-043-SSA2-2012 define a la

fibra como la parte comestible de las plantas o

hidratos de carbono anaacutelogos que son resistentes

a la digestioacuten y la absorcioacuten en el intestino

humano y que sufren una fermentacioacuten total o

parcial en el intestino grueso

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Carlos Efecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela descremado Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

2019

La fibra dieteacutetica se divide en soluble e

insoluble Algunos tipos de fibra soluble son las

pectinas gomas mucilagos e inulina Por el

contrario la celulosa hemicelulosa y lignina son

consideradas fibra insoluble

En particular la inulina es un

polisacaacuterido no digerible el cual estaacute constituido

por moleacuteculas de fructosa unidas por enlaces β-

(2-1) fructosil-fructosa siendo el teacutermino

fructanos usado para denominar este tipo de

compuestos Dada su configuracioacuten quiacutemica los

fructanos no pueden ser hidrolizados por las

enzimas digestivas humanas por lo que

permanecen intactos en su recorrido por la parte

superior del tracto gastrointestinal no obstante

son hidrolizados y fermentados en su totalidad

por las bacterias de la parte inferior del tracto

gastrointestinal (intestino grueso coloacuten) De esta

manera este tipo de compuestos se comportan

como fibra dieteacutetica (Lara 2011)

Ademaacutes en el ramo industrial la inulina

se emplea en la fabricacioacuten de distintos

productos alimenticios en laacutecteos se utiliza

como emulsificante sustituto de azuacutecares y

grasas proporcionar sinergismo con

edulcorantes para dar cuerpo y palatabilidad y

formar gel (Urango 2012)

Por lo que enriquecer productos laacutecteos

como el queso panela con inulina podriacutea

beneficiar auacuten maacutes su contenido nutrimental y

beneficiar la ingesta de fibra en la poblacioacuten en

general Ademaacutes el adicionar inulina

favoreceriacutea la demanda de los consumidores

actuales los cuales buscan alimentos con

miacutenimo procesamiento y maacutes naturales (Peralta

2014) Sin embargo primero es necesario

conocer como la inulina modifica la humedad

cenizas pH soacutelidos totales y grasa del queso

tipo panela descremado

El objetivo general de esta investigacioacuten

fue analizar como la inulina en concentraciones

de 1 2 3 4 afecta la composicioacuten

fisicoquiacutemica del queso panela tipo descremado

Objetivos especiacuteficos

ndash Realizar anaacutelisis fisicoquiacutemicos de pH

humedad soacutelidos totales cenizas grasa

en los diferentes quesos y el control

ndash Determinar que concentracioacuten de inulina

(1 2 3 4 ) tuvo mayor impacto

en las propiedades fisicoquiacutemicas del

queso panela

Metodologiacutea a desarrollar

Materia prima

Para la elaboracioacuten del queso panela enriquecido

con inulina se utilizoacute leche bronca obtenida del

Centro de Ciencias Agropecuarias de la

Universidad Autoacutenoma de Aguascalientes

(UAA) La inulina de agave marca Enature se

adquirioacute en un supermercado de la ciudad de

Aguascalientes en febrero 2018 El cloruro de

calcio y el cloruro de sodio se obtuvieron del

Taller de laacutecteos del Aacuterea de Tecnologiacutea de

Alimentos de la UAA

Localizacioacuten

Los quesos panela enriquecidos con inulina y el

control fueron elaborados en el Taller de Laacutecteos

del Aacuterea de Tecnologiacutea de Alimentos los

anaacutelisis fisicoquiacutemicos se hicieron en el

Laboratorio de Control de Calidad del

Departamento de Tecnologiacutea de Alimentos

Estudio del proceso de elaboracioacuten de queso

panela y adicioacuten de inulina

Para realizar el queso panela con el diferente

contenido de inulina se estudioacute el proceso de

elaboracioacuten propuesto por el manual de la

SAGARPA (2015) Respecto a la inulina esta se

antildeadioacute antes de la coagulacioacuten como lo hizo

Gavilanes y German en el 2011 en un queso

crema y en la investigacioacuten de Ramiacuterez y Ponce

en el 2014 con un queso fresco donde

manifiestan que si la inulina estaacute presente

durante el proceso de coagulacioacuten puede formar

parte de la red estructural de proteiacutenas por la

unioacuten con agregados de la proteiacutena

Realizacioacuten de los quesos (control e inulina al

12 3 4)

La figura 1 muestra el diagrama de flujo que se

utilizoacute para la elaboracioacuten y los anaacutelisis

correspondientes de los quesos panelas con

inulina y control

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2019

Figura 1 Diagrama de flujo de la elaboracioacuten de los

quesos panela enriquecidos con inulina y control

Anaacutelisis fisicoquiacutemicos de los quesos

enriquecidos con inulina y el control

Respecto a los anaacutelisis fisicoquiacutemicos del queso

control y los quesos con inulina el pH se

determinoacute de acuerdo a la N M X-F-099-1970

con un pH-metro marca Hanna Hi 98163 El

contenido de humedad se realizoacute concorde a la

NMX-F-083-1986 para pesar los crisoles se

utilizoacute la balanza analiacutetica marca AampD GR 200

El porcentaje de cenizas fue conforme a la

NMX-F-094-1984 de igual manera los crisoles

se pesaron en la balanza analiacutetica marca AampD

GR 200 El contenido de soacutelidos totales de los

quesos panela se calculoacute por diferencia del

contenido de humedad ST=100 - humedad

Finalmente el anaacutelisis de grasa en los quesos se

hizo de acuerdo a la NMX-F-100-1984

Anaacutelisis estadiacutestico

Se realizoacute el anaacutelisis de la varianza (ANOVA) de

una viacutea En caso de que existieran diferencias

significativas se aplicoacute el anaacutelisis de

comparacioacuten muacuteltiple Tukey (plt005)

Empleando el programa estadiacutestico Statgraphics

Centurion XV

Resultados

En la tabla 1 se presentan los resultados de los

anaacutelisis fisicoquiacutemicos de las muestras de queso

y del control

Queso

panela

Ph Humedad

()

Cenizas

()

Soacutelidos

totales

()

Grasa ()

1 de

inulina

638plusmn001

a

6210plusmn053

a

337plusmn085

a

3790plusmn053

b

367plusmn029

bc

2 de

inulina

646plusmn001

c

6280plusmn036

ab

334plusmn005

a

3720plusmn036

ab

400plusmn000

c

3 de

inulina

644plusmn001

bc

6304plusmn073

ab

344plusmn013

a

3696plusmn073

ab

350plusmn000

b

4 de

inulina

643plusmn001

b

6411plusmn032

b

331plusmn004

a

3589plusmn032

a

300plusmn000

a

Control 645plusmn001

bc

6143plusmn127

a

358plusmn017

a

3857plusmn127

b

400plusmn000

a

Tabla 11 Resultados de las propiedades fisicoquiacutemicas de

los quesos panela con inulina y control (media y

desviacioacuten estaacutendar)

Diferentes letras en minuacutescula dentro de

las columnas indican diferencian significativas

(Tukey p=005)

pH

En cuanto al pH de las muestras de queso estas

se mantuvieron entre 638 y 646 (Graacutefico 1)

encontraacutendose diferencias estadiacutesticamente

significativas (ple005) seguacuten el ANOVA Los

quesos enriquecidos con inulina y control

mostraron un pH maacutes alto en comparacioacuten con

la NMX-F-092-1970 la cual refiere que el pH de

los quesos procesados tipo 1 (quesos procesados

para rebanar o cortar) deben tener un maacuteximo de

6

Sin embargo los valores de pH de los

cinco quesos coinciden con los del estudio de

Ramiacuterez y Veacutelez (2012) en quesos panela de

Meacutexico los cuales se encuentran entre 56 y 64

Estos resultados no coinciden con el estudio del

efecto de la adicioacuten de cultivo laacutectico e inulina

en la elaboracioacuten y evaluacioacuten sensorial del

queso fresco bajo en grasa por Ramiacuterez y Ponce

en el 2014 donde el pH no se modificoacute al agregar

la inulina al queso ademaacutes es conveniente aclarar

que en esta investigacioacuten no se adicionoacute cultivo

laacutectico

Graacutefico 1 Media y desviacioacuten estaacutendar del pH de los

quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Recepcioacuten Anaacutelisis

organoleacutepticoFiltrar

Precalentar a 38degC

DescremarAnaacutelisis

fisicoquiacutemicos

Pasteurizar a 72deg C por 15

segundos

Enfriar a 38degC

Separarla en ollas

Agregar inulina cuajo

y calcio

Agitar mezcla

Reposar 20-30 min

Trabajo mecaacutenico con

lira

Reposar 5-10 min

Calentar cuajo a 38deg

CSalar

Moldeado en canastas

Voltear a los 20 min

Reposar 2 horas

Empacar

RefrigerarAnaacutelisis

fisicoquiacutemicos

63

64

64

65

65

1 2 3 4 Control

pH

bcc

a

bbc

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2019

Humedad

Con respecto al porcentaje de humedad ( Xw)

el graacutefico 2 muestra valores de 6143 a 6411

estando por encima de lo recomendado por la

NMX-F-092-1970 para quesos procesados tipo I

(valor maacuteximo 45 ) Por su parte Ramiacuterez y

Veacutelez (2012) obtuvieron valores de humedad del

orden de 532 y 583 en quesos panela Sin

embargo coincide en la investigacioacuten de

ldquoTextura y microestructura de quesos tipo

panela bajos en grasa y en colesterolrdquo por

Lobato Lozano y Vernon en el 2009 donde los

quesos panelas estuvieron en un rango de 605

a 669 Tambieacuten con la investigacioacuten de

Castro (2014) en la cual se adiciono un dextrano

a un queso de pasta hilada semigraso

observando que a mayor concentracioacuten del

dextrano el queso incrementaba su humedad

Concluyendo que cuando se antildeade mayor

cantidad de inulina aumenta el porcentaje de

humedad del queso panela esto concuerda con

el estudio de Monroy et al (2017) en el cual

elaboraron un queso anaacutelogo con proteiacutenas

exclusivas de lactosuero e inulina sus resultados

indicaron que el queso que conteniacutea prebioacutetico

tuvo mayor contenido de humedad La humedad

de los quesos puede deberse a que la inulina tiene

efectos sobre las propiedades reoloacutegicas del

queso principalmente por su capacidad de

retener agua y por su interaccioacuten sobre las

proteiacutenas (Ramiacuterez y Ponce 2014)

Graacutefico 2 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

humedad quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Cenizas

En relacioacuten al porcentaje de cenizas el queso

que tuvo el mayor contenido de fue el control no

obstante no se observaron diferencias

estadiacutesticamente significativas (Ple005) seguacuten el

ANOVA (graacutefico 3) En general el porcentaje de

cenizas en los cinco quesos estuvo dentro de los

liacutemites que la NMX-F-092-1970 establece

Asimismo estos valores coinciden con la

investigacioacuten por Urango en el 2012 en la

ldquoElaboracioacuten de un queso fresco semigraso

adicionado con fructooligosacaacuteridos (FOS)rdquo en

la cual el porcentaje de las muestras de queso

estuvo entre 307 y 369 No obstante fue mayor

en comparacioacuten del estudio en quesos frescos de

Ramiacuterez y Veacutelez en el 2012 debido a que se

agregoacute cloruro de calcio a la leche utilizada para

la elaboracioacuten de queso panela

Graacutefico 3 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

cenizas de quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Soacutelidos totals

En cuanto al porcentaje de soacutelidos totales

(graacutefico 4) se encontraron diferencias

estadiacutesticamente significativas (ple005) siendo

el control y el queso con 1 de inulina quienes

mostraron mayor de soacutelidos totales Los

valores no concuerdan con el estudio de Lopez

(2010) con un queso fresco en el cual su

promedio de solidos totales fue de 4020

Tampoco coincide con el porcentaje que marca

la NMX-F-092-1970 lo que puede estar

relacionado a la adicioacuten de la inulina

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 Control

X

w

ab aab ba

00

05

10

15

20

25

30

35

40

45

1 2 3 4 Control

d

e C

eniz

a

aaa a

a

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2019

Grafico 4 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

soacutelidos totales de los quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas

(Tukey p=005)

Grasa

Con respecto al contenido de grasa los valores

se encontraron en los rangos de 3 y 4

(graacutefico 5) Estos resultados no coinciden con el

estudio por Garciacutea y Navarrete en el 2013 en un

queso fresco que se le antildeadioacute lactobacillus

acydophylus y harina de maiacutez e inulina el queso

con mayor contenido de simbioacutetico tuvo el

menor porcentaje de grasa El bajo contenido de

grasa en el queso incluso en el control

concuerda con el estudio de Lobato Lozano y

Vernon (2009) en el cual la leche que conteniacutea

135 gL de grasa obtuvo un queso panela con

95 de grasa Por lo que se deduce que al tener

una leche con bajo contenido de grasa se obtiene

un queso descremado de acuerdo al CODEX

STANDARD 221-2001 Concluyendo que la

inulina no influyoacute en el contenido de grasa de los

quesos panela descremados

Graacutefico 5 Media y desviacioacuten estaacutendar del porcentaje de

grasa en los quesos panela con inulina y control

Diferentes letras en minuacutescula entre las

barras indican diferencian significativas (Tukey

p=005)

Agradecimiento

A la Universidad Autoacutenoma de Aguascalientes y

la Universidad Autoacutenoma de Zacatecas por sus

facilidades prestadas para realizar esta

investigacioacuten

Conclusiones

De acuerdo a los resultados obtenidos se observoacute

que la inulina modificoacute el pH humedad cenizas

y soacutelidos totales del queso panela descremado

desde concentraciones al 1

Recomendaciones

Cuantificar inulina y fibra soluble en futuras

investigaciones para indicar la cantidad de

inulina que es retenida por el queso

Utilizar leche entera para la elaboracioacuten

del queso panela con inulina para analizar si

disminuye el porcentaje de grasa

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33

34

35

36

37

38

39

40

41

1 2 3 4 Control

S

oacuteli

dos

Tota

les

a

ababb

b

000

050

100

150

200

250

300

350

400

450

1 2 3 4 Control

G

rasa

a a

b

cbc

50

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2012 Servicios baacutesicos de salud Promocioacuten y

educacioacuten para la salud en materia alimentaria

Criterios para brindar orientacioacuten

Norma Oficial Mexicana NOM-121-SSA1-

1994 Bienes y servicios Quesos frescos

madurados y procesados Especificaciones

sanitarias

Norma Oficial Mexicana NOM-155-SCFI-2012

Leche-denominaciones especificaciones

fisicoquiacutemicas informacioacuten comercial y

meacutetodos de prueba

NMX-F-094-1984 Alimentos Laacutecteos

Determinacioacuten de cenizas en quesos

NMX-F-083-1986 Alimentos Determinacioacuten

de humedad en productos alimenticios

NMX-F-100-1984 Alimentos Laacutecteos

Determinacioacuten de grasa butiacuterica en quesos

NMX-F-111-1984 Alimentos Laacutecteos

Determinacioacuten de soacutelidos totales en quesos

NMX-F-092-1970 Calidad Para Quesos

Procesados Normas mexicanas Direccioacuten

General de Normas

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Medelliacuten Medelliacuten Colombia

52

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Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum

y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la

alimentacioacuten de ovinos

Inclusion of flour made from the fruits of Enterolobium Cyclocarpum and Brosimum

Alicastrum as an isocaloric and isoproteic supplement in sheep feed

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y

PIMIENTA-BARRIOS Enrique Universidad de Guadalajara Centro Universitario de Ciencias Bioloacutegicas y agropecuarias` (CUCBA)Camino Ramoacuten

Padilla Saacutenchez 2100 Nextipac 44600 Zapopan Jalisco

ID 1er Autor Alicia De Luna-Vega

ID 1er Coautor Mariacutea Luisa Garciacutea-Sahaguacuten

ID 2do Coautor Salvador Gonzaacutelez-Luna

ID 3er Coautor Enrique Pimienta-Barrios

DOI 1035429JCPE20191965261 Recibido 09 Abril 2019 Aceptado 28 Junio 2019

Resumen

El estudio se realizoacute en el municipio de Cabo Corrientes

localidad de Chacala donde se encuentran distribuidas las

especies en estudio en forma natural Se realizaron anaacutelisis

bromatoloacutegico del fruto de B alicastrum y E cyclocarpum como

alternativa para mejorar la produccioacuten animal al incrementar el

consumo de proteiacutena energiacutea y minerales en la dieta del ganado

Se realizoacute anaacutelisis bromatoloacutegico de proteiacutena cruda (PC)

extracto eteacutereo (EE) y extracto libre de nitroacutegeno (ELN) usando

el meacutetodo de Wendee (AOAC 1990) fibra detergente neutra

(FDN) fibra detergente aacutecida (FDA) celulosa hemicelulosa y

lignina (Van Soest y Wine 1967) con el equipo ANKOM

Calcio y foacutesforo por colorimetriacutea potasio mediante la teacutecnica

del flamoacutemetro (Van Soest 1979) magnesio azufre y cobre por

el meacutetodo de TMECC 0406 413 La calidad nutritiva se

analizoacute en materia seca cenizas grasa y fibra cruda Se obtuvo

diferencia significativa entre especies en proteiacutena (2290 vs

1088) fibra (724 vs 1318) y ELN donde el valor maacutes alto fue

para B alicastrum (6702) comparado con E cyclocarpum

(6045) La inclusioacuten de harina de los frutos de E cyclocarpum

y de B alicastrum en las raciones alimenticias de los ovinos

mejoroacute el consumo El aumento de peso y la conversioacuten

alimenticia fueron mejores con la inclusioacuten del 10 El valor

econoacutemico de las raciones alimenticias con la inclusioacuten de las

harinas de los frutos de E cyclocarpum y de B alicastrum fue

menor que el de la dieta testigo en ovinos estabulados lo que

permitioacute mantener su desarrollo con una disminucioacuten

significativa de los costos de produccioacuten

Aacuterboles Forrajeros Rumiantes Suplementacioacuten

Abstract

Study was performed in Chacala Cabo Corrientes where the

species in study are widely distribuited in a natural form

Bromatologic analisis of fruit of B alicastrum and E

Cyclocarpum were performed as an alternative to improve

animal production increasing protein consumption energy and

minerals on the livestock diet Bromatologic analysis was made

for crude protein (CP) etereum extract (EE) and nitrogen free

extract (NFE) with Wendee method (AOAC 1990) neutral

detergent fiber (NDF) acid detergent fiber (ADF) cellulose

hemicellulose and lignin (Van Soest and Wine 1967) with

ANKOM equipment Calcium and phosphorus for colorimetry

potasium with flamometer technique (Van Soest 1979)

magnesium sulphur and copper with TMECC 0406 413

method Nutritional quality was analized on dry matter ashes fat

and crude fiber Significative difference was obtained between

species on protein (2290 vs 1088) fiber (724 vs 1318) and

NFE were the higgest value was for B alicastrum (6702)

compared with E cyclocarpum (6045) Inclussion of fruit

flour from E cyclocarpum and B alicastrum on ovine alimentary

rations improvement consumption Weight increase and

alimentary convertion were better with the 10 inclussion

Economic value of alimentary rations with inclussion of fruit

flour of E cyclocarpum and B alicastrum was lower than

witness diet on stabuled ovine permiting maintain development

with significative decrease of production costs

Forage Trees Ruminants Supplementation

Citacioacuten DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Inclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e

isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019 6-19 52-61

Correspondencia al Autor (Correo electroacutenico dva20851cucbaudgmx)

daggerInvestigador contribuyendo como primer Autor

copy ECORFAN-Bolivia wwwecorfanorgbolivia

53

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LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Introduccioacuten

Entre las diferentes alternativas disponibles para

reducir el deterioro ambiental producido por el

auge expansionista de la ganaderiacutea tradicional

extensiva en el troacutepico mexicano se tiene la

implementacioacuten de praacutecticas de tipo

agroforestal que impulsa la integracioacuten de

aacuterboles y arbustos con la produccioacuten animal y

que podriacutea dar la pauta para el desarrollo de

sistemas de produccioacuten sustentable que no atente

contra el fraacutegil equilibrio ecoloacutegico del troacutepico

mexicano que incluso pudiera mejorar el

comportamiento animal como ganancia de peso

consumo de alimento y conversioacuten alimenticia

sin tener que depender de recursos externos

(Laker 1994)

Bajo la presioacuten de producir alimentos en

sistemas que mantengan estables su produccioacuten

y rentabilidad a largo plazo sin generar

inequidad social y preservando todos los

recursos naturales bajo el paradigma de la

sostenibilidad han cobrado especial importancia

el uso de aacuterboles forrajeros como fuente viable

para la alimentacioacuten animal y maacutes recientemente

el manejo de sistemas silvopastoriles que

integran el uso de pasturas aacuterboles y animales

con diferentes objetivos y estrategias de

produccioacuten (Giraldo 1996a)

En Meacutexico existe una gran variedad de

especies arboacutereas y arbustivas que tienen

potencial par a ser incorporadas en los sistemas

de produccioacuten en el troacutepico (Soto et al 1997)

los cuales podriacutean introducir elementos de

sostenibilidad en los sistemas actuales (Enkerlin

et al1997) al hacerlo menos dependiente de

insumos externos concentrados energeacuteticos y

proteicos que tienen que ser adquiridos a costos

elevados por los ganaderos (Laker 1994)

La explotacioacuten pecuaria intensiva

requiere de altas inversiones en las que el

alimento generalmente representa entre el 60 y

80 de los costos totales de produccioacuten (Bondi

1988) Los principios nutritivos son compuestos

quiacutemicos contenidos en los alimentos que

resultan necesarios para el mantenimiento la

reproduccioacuten produccioacuten y salud de los

animales Los maacutes importantes son agua

carbohidratos grasas proteiacutenas minerales y

vitaminas (Bondi 1988) Las proteiacutenas son

necesarias en la alimentacioacuten animal por las

numerosas funciones que desarrollan en el

organismo animal

Objetivo general

Por lo cual dentro de los objetivos del presente

trabajo es evaluar aspectos nutritivos del fruto de

estas especies arboacutereas para incorporarlas a los

sistemas de explotacioacuten pecuaria como una

alternativa para mejorar el rendimiento animal

al incrementarse el consumo de proteiacutena energiacutea

y minerales en la dieta del ganado a un costo

reducido

Objetivos particulares

1 Determinar la calidad nutritiva de la

harina de los frutos de E cyclocarpum y

B alicastrum (MO) proteiacutena cruda (PC)

fibra detergente neutra (FDN) fibra

detergente aacutecida (FDA) de los frutos de

E cyclocarpum y B alicastrum

2 Evaluar el comportamiento de ovinos al

incluir la harina de frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum en su dieta

alimenticia

3 Estimar el valor econoacutemico de las

raciones en estudio

Materiales y meacutetodos

Localizacioacuten

El estudio se realizoacute en el municipio de Cabo

Corrientes en la localidad de Chacala donde se

encuentran ampliamente distribuidas las

especies en estudio dentro de los tipos de

vegetacioacuten de selva mediana subcaducifolia La

Comunidad se ubica a 31 km al Noroeste de la

poblacioacuten de El Tuito cabecera municipal de

Cabo Corrientes Jal en las coordenadas

20deg10rsquo55rsquorsquo a los 20deg31rsquo00rsquorsquo de latitud norte y de

los 105deg10rsquo00rsquorsquo a los 105deg41rsquo25rsquorsquo de longitud

oeste El municipio limita al norte con el de

Puerto Vallarta y el Oceacuteano Paciacutefico al sur con

el de Tomatlaacuten al oriente con el de Talpa de

Allende y al poniente con el Oceacuteano Paciacutefico

Aspectos nutricionales de las especies en

estudio

La determinacioacuten de la composicioacuten quiacutemica de

los frutos se realizoacute en el laboratorio de nutricioacuten

animal del Departamento de Produccioacuten

Animal de la Divisioacuten de Ciencias Veterinarias

para medir las fracciones quiacutemicas de los frutos

por anaacutelisis bromatoloacutegico de proteiacutena cruda

(PC) extracto eteacutereo (EE) y extracto libre de

nitroacutegeno (ELN)) usando el meacutetodo de Wendee

(AOAC 1990)

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Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Se determinaron las fracciones de fibra

detergente neutra (FDN) fibra detergente aacutecida

(FDA) celulosa hemicelulosa y lignina (teacutecnica

de Van Soest y Wine 1967) con el equipo

ANKOM Minerales El calcio y foacutesforo fueron

analizados por meacutetodos colorimeacutetricos el

potasio se analizoacute mediante la teacutecnica del

flamoacutemetro (Van Soest 1979) magnesio azufre

y cobre por el metodo de TMECC 0406 413

Prueba de comportamiento Se llevoacute a cabo una

prueba de comportamiento con ovinos pelibuey

en la cual se evaluoacute el consumo de alimento

aumento de peso y conversioacuten alimenticia

ademaacutes de un anaacutelisis econoacutemico con

porcentajes de 10 y 20 de inclusioacuten de harina

de los frutos en estudio maacutes las dietas testigo

(0 de harina de frutos)

Tratamientos estudiados

El trabajo experimental consistioacute en evaluar tres

tratamientos con los porcentajes de inclusioacuten de

0 10 y 20 de harina de E cyclocarpum y de

B alicastrum en dietas isocaloacutericas e

isoproteacuteicas T1 T4 = 0 T2 T5 = 10 T3 T6 =

20 para cada una de las harinas de los frutos

arboacutereos Los ingredientes y anaacutelisis

bromatoloacutegicos de ingredientes y mezclas se

muestran en los Tablas del 1 al 3

Testigos E cyclocarpum B alicastrum

Ingredientes 10 20 10 20

Rastrojo de maiacutez 2700 5450 2700 5400 2700

Alfalfa 1200 - 1 740 - 1320

Trigo 2200 - 480 - 480

Sorgo 2000 1700 1500 1500 1500

Melaza 1210 1000 1000 1000 1000

Harina de pescado 200 320 100 570 520

E cyclocarpum - 1000 2000 - -

B alicastrum - - - 1000 2000

Roca fosfoacuterica 100 100 100 100 100

Carbonato de calcio 100 100 100 100 100

Vitaminas 025 025 025 025 025

Minerales 005 005 005 005 005

Sal 100 100 100 100 100

Urea 160 200 150 200 150

Totales 10000 10000 10000 10000 10000

Tabla 1 Porcentajes de E cyclocarpum y B alicastrum e

ingredientes utilizados en cada tratamiento por dieta

Alfalfa Trigo Sorgo H pescado Ecyclocarpum Balicastrum

Humedad 104 103 95 75 387 203

Cenizas 120 34 23 151 425 525

Proteiacutena 211 11 107 641 229 1088

Grasa 15 14 32 104 129 107

Fibra 165 30 28 00 724 1318

ELN 376 709 714 29 6045 6702

Materia seca 896 897 905 925 9613 9797

M Orgaacutenica 880 9660 977 849 9575 9448

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Tabla 2 Anaacutelisis bromatoloacutegico de los ingredientes

incluidos en los tratamientos de la harina de frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum reportado en

Testigos E cyclocarpum B alicastrum

Concepto 0 10 20 10 20

Humedad 1050 1000 1030 1051 1120

Cenizas 1060 1010 1015 1031 1030

Proteiacutena 1590 1540 1543 1546 1543

Grasa 140 140 145 120 100

Fibra 1060 1010 1518 1029 1030

ELN 5100 5300 4749 5223 5177

Materia seca 8950 9000 8970 8949 8880

Materia orgaacutenica 8940 8990 8985 8969 8970

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Tabla 3 Anaacutelisis bromatoloacutegico de los tratamientos

estudiados

Materiales utilizados

En la presente investigacioacuten se utilizoacute una nave

para ovinos con una dimensioacuten de 10 m de ancho

por 40 m de largo con techo de laacutemina aislante

piso de cemento con las ventanas hacia el norte

y hacia el sur el enjarre es de cemento pintado

de blanco

En esta nave se lotificaron 24 corrales de

dos metros de ancho x tres de largo cada uno

separado con tubos de fierro con un diaacutemetro de

tres pulgadas Para el suministro de agua y

alimento se utilizaron comederos y bebederos de

plaacutestico Se dispuso de dos baacutesculas de

precisioacuten una con capacidad de 2600 kg para

pesar los minerales y la otra de 120 kg para pesar

los ovinos y los ingredientes de los tratamientos

asiacute como un molino de martillos con una criba

de dos mm y una revolvedora horizontal para

moler y mezclar los ingredientes de cada racioacuten

Se utilizaron un total de 72 ovinos de la raza

Pelibuey con un peso promedio de 25 kg

vacunada y desparasitados interna y

externamente

Procedimiento experimental

Los frutos de E cyclocarpum y B alicastrum

fueron secados al sol durante ocho diacuteas

consecutivos y despueacutes molidos en un molino de

martillo la mezcla de los ingredientes se hizo en

una revolvedora horizontal Un total de seis

tratamientos con cuatro repeticiones (tres

animales por repeticioacuten y 24 por tratamiento)

fueron estudiados bajo un disentildeo experimental

de bloques al azar boqueado por el peso de los

animales en ligeros (l) n= 12 con un peso

promedio de 24 kg medianos (m) n= 12 peso

promedio 25 kg y pesados (p) n= 12 peso

promedio 26 kg El peso promedio de los

animales por tratamiento fue de 25kg

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Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Cada animal se aretoacute con un nuacutemero

progresivo despueacutes fueron distribuidos en los

diferentes tratamientos Se desparasitoacute con

ivermectina (Ivomec) y se vacunoacute contra las

enfermedades maacutes comunes en la zona

(septicemia hemorraacutegica carboacuten sintomaacutetico y

edema maligno) aplicando Bacterina Triple y

contra Aacutentrax Despueacutes de distribuidos los

animales se les dio agua para evitar la

deshidratacioacuten Tuvieron un periodo de 8 diacuteas de

adaptacioacuten para las nuevas dietas en estudio

El experimento tuvo una duracioacuten de 72

diacuteas durante el cual se registraron las siguientes

mediciones

a Ganancia peso Los animales se pesaron

al inicio del experimento y despueacutes a

intervalos regulares cada 14 diacuteas con un

ayuno previo de 24 horas de alimento y

agua Las ganancias de peso catorcenal

se obtuvieron por diferencia entre dos

pesadas consecutivas

b Consumo de alimento El agua fue

ofrecida ad libitum El alimento se

pesaba y se ofreciacutea el 50 a las 9 de la

mantildeana y 50 a las 6 de la tarde al diacutea

siguiente a las 8 de la mantildeana se

recolectaban el alimento rechazado se

pesaba y por diferencia se sacoacute el

consumo diario

Los paraacutemetros a medir fueron

ndash Peso diario de alimento proporcionado a

los ovinos

ndash Peso del alimento rechazado diariamente

ndash Peso corporal de los ovinos

catorcenalmente despueacutes de una dieta de

24 horas y anaacutelisis econoacutemico de las

raciones

ndash Los paraacutemetros indirectos fueron

ndash Kg de alimento consumido por diacutea

ndash Ganancia media diaria de peso

ndash Conversioacuten alimenticia

Disentildeo experimental

El experimento se desarrolloacute bajo un disentildeo de

bloques al azar bloqueado por el peso de los

animales en ligero (l) mediano (m) y pesado (p)

El modelo estadiacutestico utilizado fue Yij + M +

Ti + Bj + TiBj

Doacutende

Yij = Variable de respuesta

M = Media ponderada

Ti = Efecto de tratamiento i-esimo

Bj = Efecto del bloque j-iesimo

Ti Bj = Interaccioacuten entre tratamiento i-esimo y

bloque j-iesim

Variables bajo estudio

Ganancia de peso

Consumo de alimento

Conversioacuten alimenticia

Los resultados fueron analizados

mediante ANOVA Utilizando los

procedimientos del paquete estadiacutestico

STATISCA 60 se hizo la comparacioacuten de

medias con la prueba de Tukey (Plt005)

Resultados y discusioacuten

Aspectos nutricionales de las especies

arboacutereas en estudio

La calidad nutritiva en cuanto a MS PC MO

ELN humedad cenizas grasa y fibra cruda La

uacutenica diferencia significativa encontrada entre

las especies en estudio correspondioacute a la proteiacutena

(2290 vs 1088) fibra (724 vs 1318) y

elementos libres de nitroacutegeno (ELN) (6045 vs

6702) (Tabla 4)

ELN estaacute representado principalmente

por los azuacutecares solubles de muy faacutecil digestioacuten

EL valor maacutes alto fue B alicastrum (6702)

comparado con el E cyclocarpum (6045)

El ELN en estos frutos es de suma

importancia para el balance de energiacutea y proteiacutena

en el rumen ya que representa una fuente de

energiacutea faacutecilmente fermentable la cual es

aprovechada raacutepidamente por la flora

microbiana para todos los procesos de siacutentesis

Corroborando lo publicado por Bondi 1988 con

el contenido de ELN de estos frutos estamos

proporcionando a los rumiantes un fuente de

energiacutea para la flora microbiana que esta a su

vez proporcionaraacute al animal mayor capacidad

de digestioacuten y aprovechamiento de los

nutrientes

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suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

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Determinacioacuten E

cyclocarpum

B

alicastrum

Humedad 387 203

Cenizas 425 552

Proteiacutena 2290 1088

Grasa 129 107

Fibra 724 1318

ELN 6045 6702

Materia seca 9613 9797

FDN 3458 1937

FDA 3128 1725

Lignina 2566 1225

Celulosa 526 425

Hemicelulosa 330 287

Nitroacutegeno 366 174

Foacutesforo 030 020

Potasio 086 100

Calcio 027 020

Magnesio 078 076

Azufre 022 024

Cobre ppm 556 552

Elementos libres de nitroacutegeno (ELN)

Fibra detergente neutro (FDN) fibra detergente aacutecida

(FDA)

Tabla 4 Anaacutelisis quiacutemico proximal de la harina de los

frutos de E cyclocarpum y B alicastrum reportados en

porcentaje

El contenido de proteiacutena cruda (PC)

obtenido en B alicastrum (1088) resulto maacutes

bajo de lo esperado comparado con otras

investigaciones entre ellos Sosa et al 2004

(1381) Palma 2006 (1304) sentildealaron que

la proteiacutena variacutea del 12 al 20 sin embargo

Carranza et al 2003 que reportaron 865 y

968 valores maacutes bajos encontrados en este

trabajo Para el E cyclocarpum (Carranza et al

2003 Cecconello et a 2003) reportaron 1828

y 1410 teniendo una variacioacuten con los valores

reportados por parte de Aacutelvarez et al 2003

reportoacute en PC 172 Palma en el 2006 encontroacute

el 1549 valores maacutes bajos a los encontrados

en este trabajo

Esta variacioacuten se puede deber que estos

autores sus investigaciones fueron realizados en

diferente estados y diferentes eacutepocas Por su

parte Barrientos (2006) reportoacute para la harina

del fruto E cyclocarpum valores de 2792 de

proteiacutena en Tomatlaacuten de 1944 en la Cruz de

Huanacaxtle 3179 en Autlaacuten 2285 en la

Huerta todos en el estado de Jalisco En general

en estas discrepancias pueden influir las

condiciones edafoloacutegicas del sitio y diferentes

periacuteodos de estudio

Fracciones de fibra de la harina de los frutos

de E cyclocarpum y B alicastrum

Con relacioacuten a las fracciones de fibra para las

diferentes harinas de los frutos en estudio se

muestran en el Tabla 4 Los contenidos de fibra

total expresados como FDA y FDN para E

cyclocarpum variaron entre 3128 y 3458 y

para B alicastrum 1725 1937

concernientemente lo cual puede indicar que la

disponibilidad de nutrientes en los frutos

completos es variable dependiendo del nivel de

fibra presente

El promedio de FDN y FDA para E

cyclocarpum son superiores a los reportados por

Cecconello et al 2003 (2753 199) y Sosa et

al 2004 (4120 y 2483) Estos valores son

muy parecidos a los reportados por Febles et

al (1999) donde los estimaciones son FDN

415 FDA 298 lignina (lig) 58 celulosa (cel)

225 y hemicelulosa (hemi) 117 Es posible

que la diferencia encontrada con estos autores se

deba a que estos frutos fueron evaluados en

diferente paiacutes por lo tanto diferentes

condiciones climaacuteticas y edafoloacutegicas

Dentro de los trabajos realizados con

frutos de B alicastrum se encuentran los de

Lizarraga et al 2001 Sosa et al 2004 los

cuales reportaron valores de 375 285 6750

4710 615 40 y 4348 en FDN y FDA por

su parte Delgado et al (2000) reportaron los

siguientes valores (FDN 558 FDA 358 lig 83

cel 25 y hemi 20) valores muy superiores a los

encontrados en este trabajo

Contenido de minerales de la harina de los

frutos de las arboacutereas en estudio

El contenido de minerales de la harina de E

cyclocarpum y B alicastrum se observan en el

Tabla iquest4 donde el potasio se encuentra en mayor

porcentaje en el fruto de B alicastrum con 100

con respecto a la harina de E cyclocarpum

(086) sin embargo nitroacutegeno (N) (366) se

encuentra en mayor cantidad en la harina de E

cyclocarpum Delgado et al (2000) sentildealaron

que el E cyclocarpum contiene el uno porciento

de foacutesforo y calcio Sin embargo Carranza et al

(2003) y Sosa et al (2004) encontraron los

valores de 09 451 117 19 ppm para estos

mismos minerales

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suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

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En un trabajo publicado por Cecconello

et al (2003) reportaron valores de 226 029

036 077 023 y 555 ppm para nitrogeno

foacutesforo calcio magnesio (Mg) azufre (S) y

cobre (Cu) Son valores muy similares a los

reportados en este trabajo con la diferencia de

que ellos evaluaron en Venezuela Por su parte

Romaacuten et al (2004) publicaron los siguientes

resultados 245 de N 117 19 029 ppm de P

K y Calcio Barrientos (2006) reportoacute para la

harina del fruto completo de E cyclocarpum

valores de 221 159 081 032 019 027

0052 y 0034 de N Ca K Mg sodio (Na) P

Cu y fierro en la localidad de Tomatlaacuten Jalisco

Destacandose el N (366) de los reportados

por los otros autores Para B alicastrum

Carranza et al (2003) reportaron 014 y 267

de foacutesforo y calcio Romaacuten et al (2004)

encontraron 154 de N 4 20 065 ppm de P

K y Ca respectivamente Los valores reportados

por estos autores son similares a los obtenidos en

este trabajo las diferencias pueden ser por la

calidad del sitio y antildeo de observacioacuten

Prueba de comportamiento

El consumo de alimento diario para el

tratamiento de las dietas testigo la inclusioacuten del

10 y el 20 de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum no se encontroacute

diferencia significativa (Pgt005) entre los

tratamientos al realizar el anaacutelisis de varianza

La inclusioacuten de los diferentes niveles de harina

de E cyclocarpum y B alicastrum no modificoacute

explicativamente el consumo de alimento con

respecto a la racioacuten testigo Estos datos se

pueden observar maacutes objetivamente en el Tabla

5

Tratamientos E cyclocarpum

(g)

B alicastrum

(g)

T1 y T4 289a 292b

T2 y T5 291a 294ordf

T3 y T6 297a 301ordf

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de inclusioacuten

No hay diferencia significativa entre tratamientos

(Plt005)

Tabla 5 Consumo de alimento diario para los ovinos en

los seis tratamientos

Auacuten el no existir diferencias estadiacutesticas

en el consumo de las diferentes raciones en

estudio los resultados mostraron una tendencia

positiva entre el consumo y el nivel de inclusioacuten

de harina de E cyclocarpum y B alicastrum en

la dieta

Esta tendencia difiere con los resultados

obtenidos por Gonzaacutelez et al (1989) quienes

encontraron un menor consumo de materia seca

al comparar un nivel de inclusioacuten de 311 en

contra de 0 y 155 de E cyclocarpum

Gonzaacutelez et al (1989) y Amaro et al (1993)

sentildealan que el maacuteximo consumo voluntario de

materia seca se encontroacute en los niveles de

inclusioacuten del 31 y el 48 en tanto que Bonilla

(1999) indicoacute que el consumo voluntario

aumento conforme se incrementoacute la inclusioacuten de

la harina de E cyclocarpum en la dieta de 40 a

61 Los resultados anteriores mostraron una

gran variacioacuten entre la relacioacuten que guardan el

nivel de inclusioacuten de la harina de los frutos de E

cyclocarpum y B alicastrum y el consumo de

alimento de las diferentes raciones este

fenoacutemeno pudiera estar explicado por los

diferentes tiempos de secado del fruto y de

almacenado de la harina referidos por los

distintos autores

En este estudio el fruto fue secado al sol

durante 10 diacuteas por espacio de ocho horas el

fruto fue molido y ofertado a los animales con un

periodo de acopio de seis meses mientras que

Peacuterez y Zapata (1993) utilizaron ocho diacuteas de

exposicioacuten y un periacuteodo corto de almacenaje en

tanto Alvarez et al (2003) utilizaron la harina

de E cyclocarpum despueacutes de un antildeo de

almacenaje Este periodo de almacenaje pudo

influir en algunas de las caracteriacutesticas

organoleacutepticas del alimento modificando su

consumo tanto en el E cyclocarpum como el B

alicastrum

Aumento de peso

En cuanto al aumento de peso diario para los

diferentes tratamientos se observoacute diferencias

significativas (Plt005)

Tratamientos E cyclocarpum

(g)

B alicastrum

(g)

T1 y T4 242a 230a

T2 y T5 220a 238a

T3 y T6 167b 198b

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de inclusioacuten

Letras diferentes en lineas indican diferencia significativa

(Plt005)

Tabla 6 Aumento de peso diario de los ovinos en los

diferentes tratamientos

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LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique Inclusioacuten de harina elaborada

a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y Brosimum Alicastrum como

suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten de ovinos Revista de

Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica 2019

Los resultados de Gonzaacutelez et al (1989)

mencionaron ganancias de peso diario de 96 a

102 g con niveles de inclusioacuten de 15 y 30 de

harina de E cyclocarpum en raciones basadas

en 73 y 63 de rastrojo de maiacutez

respectivamente Peacuterez et al (1991)

encontraron 101 y 141 g de aumento de peso con

inclusiones de 10 y 20 de la harina cuando

proporcionaron 40 de rastrojo de maiacutez y 20

de sorgo con animales criollos y de un peso

inicial de 22 kg Bonilla (1999) reportoacute que

cuando se utilizaron niveles de 12 y 24 de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum en una

dieta con un contenido de 40 de rastrojo de

maiacutez y 14 de grano de sorgo obtuvo un

aumento de peso de 127 gdiacutea

Aacutelvarez et al (2003) en un trabajo

realizado con harina de E cyclocarpum y

gallinaza con inclusiones del 15 y el 30 obtuvo

una ganancia de peso diaria de 86 y 74 g Por

otro lado Peralta et al (2004) reporta 168 160

y 125 g de aumento de peso con niveles de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum de 10 20

y 30 Como podemos observar en este trabajo

los aumentos de peso fueron superiores a los

reportados por otros autores mientras que las

tablas de nutricioacuten (NRC 1996) recomienda el

16 de proteiacutena para animales confinados de

razas especializadas con un promedio de 20 a 25

kg de peso y para ganancia de peso de 250 y 300

g por diacutea valores muy similares a los obtenidos

en este trabajo

Conversioacuten alimenticia En la conversioacuten

alimenticia se observan diferencias

significativas (Plt005) para el tratamiento de la

inclusioacuten del 20 de harina de E cyclocarpum

y de B alicastrum en relacioacuten con los demaacutes

tratamientos (Tabla 7)

Tratamientos E

cyclocarpum

(kg)

B

alicastrum

(kg)

T1 y T4 613b 1 651b 1

T2 y T5 678b 1 636b 1

T3 y T6 705a 1 781a 1

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de

inclusioacuten

Tabla 7 Conversioacuten alimenticia para los ovinos en los

diferentes tratamientos

Letras diferentes en columnas hay

diferencia significativa (Plt005)

La conversioacuten alimenticia de los

animales en todos los tratamientos con inclusioacuten

de harina de fruto de E cyclocarpum fue mejor

a la encontrada por Bonilla (1999) quien al

utilizar una inclusioacuten de 48 en la racioacuten obtuvo

una conversioacuten alimenticia de 81 (es decir que

necesita ocho unidades de alimento para

producir una de carne)

Por otro lado Aacutelvarez et al (2003)

utilizando 30 de harina de E cyclocarpum y

hasta un 20 de rastrojo de maiacutez en la dieta

obtuvo una conversioacuten de 7471

Peralta et al (2004) en un trabajo

realizado con ovinos estabulados y utilizando la

inclusioacuten de 10 20 y 30 de E cyclocarpum

encontroacute que la conversioacuten alimenticia fue

estadiacutesticamente similar para todos los

tratamientos (471 391 y 471) superior al

encontrado en esta investigacioacuten

Finalmente Peacuterez et al 1991

mencionaron que con la inclusioacuten de 20 de

harina de frutos de E cyclocarpum se consiguioacute

la mayor conversioacuten alimenticia (698) y el

menor costo de produccioacuten por concepto de

alimentacioacuten ($220) resultando similar al

encontrado en este trabajo

El costo estimado de alimento por kilogramo

de carne producida

Para los tratamientos estudiados en ovinos en

estabulacioacuten lo podemos observar en el (Tabla

8) el costo maacutes bajo correspondioacute a la inclusioacuten

del 10 de E cyclocarpum y el maacutes alto para

la dieta testigo Los costos de la alimentacioacuten

decrecieron en un 14 a un 26 por kg de carne

producida comparado con la racioacuten testigo

(Tabla 8)

Se calculoacute el costo por kilogramo de la

harina de los frutos de E cyclocarpum y de B

alicastrum considerando el salario miacutenimo de la

localidad aplicado a mano de obra para

recoleccioacuten molienda e integracioacuten a los

tratamientos estudiados

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Testigo Ecyclocarpum B alicastrum Costokg

de

ingrediente

Ingredientes 10 20 10 20

Rastrojo de maiacutez

2700 5450 2700 5450 2700 165

Alfalfa 1200 - 1 740 - 1320 255

Trigo 2200 - 480 - 480 285

Sorgo 2000 1700 1500 1500 1500 235

Melaza 1450 1000 1000 1000 1000 200

Harina de

pescado

200 320 100 550 520 800

Harina de frutos - 1000 2000 10 20 200

Roca fosfoacuterica 100 100 100 100 100 140

Carbonato de calcio

100 100 100 100 100 380

Vitaminas 025 025 025 025 025 900

Minerales 005 005 005 005 005 095

Sal 100 100 100 100 100 145

Urea 160 200 150 200 150 430

Totales 10000 10000 10000 10000 10000

Costokg de

Alimento

245 213 221 242 244

Tabla 8 Porcentaje de los Ingredientes de las raciones en

estudio

Tratamientos Conversioacuten

alimenticia

Costo por

kg de

racioacuten

Costo alimento

kg de carne

producido

E cyclocarpum

T1 636a 1 280 1780

T2 678a 1 229 1552

T3 705b 1 181 1276

B alicastrum

T4 651a 1 280 1823

T5 613a 1 235 1441

T6 781b 1 204 1593

A b c literal diferente por columna indica diferencia

estadiacutestica (Plt005)

T1 T4= dieta testigo T2 T5= 10 de inclusioacuten T3 T6= 20 de

inclusioacuten

Tabla 9 Conversioacuten alimenticia y costo estimado en los

diferentes tratamientos en ovinos en estabulacioacuten

El costo del kilogramo de carne

producida el maacutes bajo correspondioacute al 10 de

inclusioacuten de harina de E cyclocarpum aunque

este tratamiento no fue el mejor en cuanto a

consumo de alimento y conversioacuten alimenticia

esto se puede deber a que la fuente proteica de la

racioacuten es la de mayor costo y con esta inclusioacuten

del 10 se bajan los costos de produccioacuten

Peralta et al (2003) mencionaron que el costo

de alimento por carne producida en ovinos en

estabulacioacuten para la dieta testigo fue de $1076

en las inclusiones del 10 20 y 30 de harina de

frutos de E cyclocarpum fue de 935 721 y

837 respectivamente sus costos fueron menores

a los encontrados en este trabajo este fenoacutemenos

se puede deber a que no le asignaron un costo a

la harina de los frutos o que la fecha de la

investigacioacuten fue tres antildeos anteriores a este

trabajo porque los costos de los insumos

aumentan considerablemente antildeo con antildeo

Conclusiones

La inclusioacuten de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum en las raciones

alimenticias de los ovinos mejoroacute el consumo

El consumo de alimento fue mejor con la

inclusioacuten del 10 de B alicastrum La

conversioacuten alimenticia y el aumento de peso fue

mejor para la dieta testigo T1

El valor econoacutemico de la racioacuten

alimenticia con la inclusioacuten de las harina de los

frutos de E cyclocarpum el mejor fue con el

10 como sustituto de una fuente proteica en

ovinos estabulados lo que permitioacute mantener su

desarrollo con una disminucioacuten significativa de

los costos de produccioacuten Hay que considerar

que el costo se calculoacute con el de la mano de obra

local y no puede aplicarse a nivel nacional o

internacional

La inclusioacuten de harina de los frutos de E

cyclocarpum y de B alicastrum en la

alimentacioacuten de rumiantes es una alternativa

teacutecnicamente viable dependiendo del nivel de

inclusioacuten la distancia y los costos de transporte

a las plantas de produccioacuten

la respuesta productiva encontrada en los

ovinos suplementados con frutos de leguminosas

arboacutereas estaacute asociada principalmente con

aumento en el consumo voluntario de materia

seca y energiacutea digestible mayor flujo de

proteiacutena microbial al duodeno y un mejor

balance entre nutrientes gluco y cetogeacutenicos

Referencias

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I Warner) p 351-356

Instrucciones para la Publicacioacuten Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten

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de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica Antildeo (Times New Roman No8)

Introduccioacuten

Texto redactado en Times New Roman No12

espacio sencillo

Explicacioacuten del tema en general y explicar

porque es importante

iquestCuaacutel es su valor agregado respecto de las demaacutes

teacutecnicas

Enfocar claramente cada una de sus

caracteriacutesticas

Explicar con claridad el problema a solucionar y

la hipoacutetesis central

Explicacioacuten de las secciones del Artiacuteculo

Desarrollo de Secciones y Apartados del

Artiacuteculo con numeracioacuten subsecuente

[Tiacutetulo en Times New Roman No12 espacio

sencillo y Negrita]

Desarrollo de Artiacuteculos en Times New Roman

No12 espacio sencillo

Inclusioacuten de Graacuteficos Figuras y Tablas-

Editables

En el contenido del Artiacuteculo todo graacutefico tabla

y figura debe ser editable en formatos que

permitan modificar tamantildeo tipo y nuacutemero de

letra a efectos de edicioacuten estas deberaacuten estar en

alta calidad no pixeladas y deben ser notables

aun reduciendo la imagen a escala

[Indicando el tiacutetulo en la parte inferior con Times

New Roman No 10 y Negrita]

Graacutefico 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Figura 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Tabla 1 Titulo y Fuente (en cursiva)

No deberaacuten ser imaacutegenes todo debe ser editable

Cada Artiacuteculo deberaacute presentar de manera

separada en 3 Carpetas a) Figuras b) Graacuteficos

y c) Tablas en formato JPG indicando el

nuacutemero en Negrita y el Titulo secuencial

Para el uso de Ecuaciones sentildealar de la

siguiente forma

Yij = α + sum βhXhijrh=1 + uj + eij

(1)

Deberaacuten ser editables y con numeracioacuten alineada

en el extremo derecho

Metodologiacutea a desarrollar

Dar el significado de las variables en redaccioacuten

lineal y es importante la comparacioacuten de los

criterios usados

Resultados

Los resultados deberaacuten ser por seccioacuten del

Artiacuteculo

Anexos

Tablas y fuentes adecuadas

Agradecimiento

Indicar si fueron financiados por alguna

Institucioacuten Universidad o Empresa

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MAYUSCULAS) Nombre del 1er Coautor Apellidos (EN MAYUSCULAS) Nombre del 2do Coautor y Apellidos (EN

MAYUSCULAS) Nombre del 3er Coautor Tiacutetulo del Artiacuteculo Revista

de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica Antildeo (Times New Roman No8)

Conclusiones

Explicar con claridad los resultados obtenidos y

las posibilidades de mejora

Referencias

Utilizar sistema APA No deben estar

numerados tampoco con vintildeetas sin embargo

en caso necesario de numerar seraacute porque se

hace referencia o mencioacuten en alguna parte del

Artiacuteculo

Utilizar Alfabeto Romano todas las

referencias que ha utilizado deben estar en el

Alfabeto romano incluso si usted ha citado un

Artiacuteculo libro en cualquiera de los idiomas

oficiales de la Organizacioacuten de las Naciones

Unidas (Ingleacutes Franceacutes Alemaacuten Chino Ruso

Portugueacutes Italiano Espantildeol Aacuterabe) debe

escribir la referencia en escritura romana y no en

cualquiera de los idiomas oficiales

Ficha Teacutecnica

Cada Artiacuteculo deberaacute presentar un documento

Word (docx)

Nombre de la Revista

Tiacutetulo del Artiacuteculo

Abstract

Keywords

Secciones del Artiacuteculo por ejemplo

1 Introduccioacuten

2 Descripcioacuten del meacutetodo

3 Anaacutelisis a partir de la regresioacuten por curva de

demanda

4 Resultados

5 Agradecimiento

6 Conclusiones

7 Referencias

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de la revista reservaacutendose en su totalidad los derechos de autor y difusioacuten de contenido No se aceptaraacuten

supresiones sustituciones o antildeadidos que alteren la formacioacuten del Artiacuteculo

Coacutedigo de Eacutetica ndash Buenas Praacutecticas y Declaratoria de Solucioacuten a Conflictos Editoriales

Declaracioacuten de Originalidad y caraacutecter ineacutedito del Artiacuteculo de Autoriacutea sobre la obtencioacuten de

datos e interpretacioacuten de resultados Agradecimientos Conflicto de intereses Cesioacuten de derechos

y distribucioacuten

La Direccioacuten de ECORFAN-Meacutexico SC reivindica a los Autores de Artiacuteculos que su contenido debe

ser original ineacutedito y de contenido Cientiacutefico Tecnoloacutegico y de Innovacioacuten para someterlo a evaluacioacuten

Los Autores firmantes del Artiacuteculo deben ser los mismos que han contribuido a su concepcioacuten

realizacioacuten y desarrollo asiacute como a la obtencioacuten de los datos la interpretacioacuten de los resultados su

redaccioacuten y revisioacuten El Autor de correspondencia del Artiacuteculo propuesto requisitara el formulario que

sigue a continuacioacuten

Tiacutetulo del Artiacuteculo

ndash El enviacuteo de un Artiacuteculo a Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica emana el compromiso del autor de

no someterlo de manera simultaacutenea a la consideracioacuten de otras publicaciones seriadas para ello

deberaacute complementar el Formato de Originalidad para su Artiacuteculo salvo que sea rechazado por

el Comiteacute de Arbitraje podraacute ser retirado

ndash Ninguno de los datos presentados en este Articulo ha sido plagiado oacute inventado Los

datos originales se distinguen claramente de los ya publicados Y se tiene conocimiento del testeo

en PLAGSCAN si se detecta un nivel de plagio Positivo no se procederaacute a arbitrar

ndash Se citan las referencias en las que se basa la informacioacuten contenida en el Artiacuteculo asiacute

como las teoriacuteas y los datos procedentes de otros Artiacuteculos previamente publicados

ndash Los autores firman el Formato de Autorizacioacuten para que su Artiacuteculo se difunda por los medios

que ECORFAN-Meacutexico SC en su Holding Bolivia considere pertinentes para divulgacioacuten y

difusioacuten de su Artiacuteculo cediendo sus Derechos de Obra

ndash Se ha obtenido el consentimiento de quienes han aportado datos no publicados obtenidos

mediante comunicacioacuten verbal o escrita y se identifican adecuadamente dicha comunicacioacuten y

autoriacutea

ndash El Autor y Co-Autores que firman este trabajo han participado en su planificacioacuten disentildeo y

ejecucioacuten asiacute como en la interpretacioacuten de los resultados Asimismo revisaron criacuteticamente el

trabajo aprobaron su versioacuten final y estaacuten de acuerdo con su publicacioacuten

ndash No se ha omitido ninguna firma responsable del trabajo y se satisfacen los criterios de

Autoriacutea Cientiacutefica

ndash Los resultados de este Artiacuteculo se han interpretado objetivamente Cualquier resultado

contrario al punto de vista de quienes firman se expone y discute en el Artiacuteculo

Copyright y Acceso

La publicacioacuten de este Artiacuteculo supone la cesioacuten del copyright a ECORFAN-Mexico SC en su

Holding Bolivia para su Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica que se reserva el derecho a distribuir

en la Web la versioacuten publicada del Artiacuteculo y la puesta a disposicioacuten del Artiacuteculo en este formato

supone para sus Autores el cumplimiento de lo establecido en la Ley de Ciencia y Tecnologiacutea de los

Estados Unidos Mexicanos en lo relativo a la obligatoriedad de permitir el acceso a los resultados de

Investigaciones Cientiacuteficas

Tiacutetulo del Artiacuteculo

Nombre y apellidos del Autor de contacto y de los Coautores Firma

1

2

3

4

Principios de Eacutetica y Declaratoria de Solucioacuten a Conflictos Editoriales

Responsabilidades del Editor

El Editor se compromete a garantizar la confidencialidad del proceso de evaluacioacuten no podraacute revelar a

los Aacuterbitros la identidad de los Autores tampoco podraacute revelar la identidad de los Aacuterbitros en ninguacuten

momento

El Editor asume la responsabilidad de informar debidamente al Autor la fase del proceso editorial en que

se encuentra el texto enviado asiacute como de las resoluciones del arbitraje a Doble Ciego

El Editor debe evaluar los manuscritos y su contenido intelectual sin distincioacuten de raza geacutenero

orientacioacuten sexual creencias religiosas origen eacutetnico nacionalidad o la filosofiacutea poliacutetica de los Autores

El Editor y su equipo de edicioacuten de los Holdings de ECORFANreg no divulgaraacuten ninguna informacioacuten

sobre Artiacuteculos enviado a cualquier persona que no sea el Autor correspondiente

El Editor debe tomar decisiones justas e imparciales y garantizar un proceso de arbitraje por pares justa

Responsabilidades del Consejo Editorial

La descripcioacuten de los procesos de revisioacuten por pares es dado a conocer por el Consejo Editorial con el

fin de que los Autores conozcan cuaacuteles son los criterios de evaluacioacuten y estaraacute siempre dispuesto a

justificar cualquier controversia en el proceso de evaluacioacuten En caso de Deteccioacuten de Plagio al Artiacuteculo

el Comiteacute notifica a los Autores por Violacioacuten al Derecho de Autoriacutea Cientiacutefica Tecnoloacutegica y de

Innovacioacuten

Responsabilidades del Comiteacute Arbitral

Los Aacuterbitros se comprometen a notificar sobre cualquier conducta no eacutetica por parte de los Autores y

sentildealar toda la informacioacuten que pueda ser motivo para rechazar la publicacioacuten de los Artiacuteculos Ademaacutes

deben comprometerse a mantener de manera confidencial la informacioacuten relacionada con los Artiacuteculos

que evaluacutean

Cualquier manuscrito recibido para su arbitraje debe ser tratado como documento confidencial no se

debe mostrar o discutir con otros expertos excepto con autorizacioacuten del Editor

Los Aacuterbitros se deben conducir de manera objetiva toda criacutetica personal al Autor es inapropiada

Los Aacuterbitros deben expresar sus puntos de vista con claridad y con argumentos vaacutelidos que contribuyan

al que hacer Cientiacutefico Tecnoloacutegica y de Innovacioacuten del Autor

Los Aacuterbitros no deben evaluar los manuscritos en los que tienen conflictos de intereses y que se hayan

notificado al Editor antes de someter el Artiacuteculo a evaluacioacuten

Responsabilidades de los Autores

Los Autores deben garantizar que sus Artiacuteculos son producto de su trabajo original y que los datos han

sido obtenidos de manera eacutetica

Los Autores deben garantizar no han sido previamente publicados o que no esteacuten siendo considerados en

otra publicacioacuten seriada

Los Autores deben seguir estrictamente las normas para la publicacioacuten de Artiacuteculos definidas por el

Consejo Editorial

Los Autores deben considerar que el plagio en todas sus formas constituye una conducta no eacutetica

editorial y es inaceptable en consecuencia cualquier manuscrito que incurra en plagio seraacute eliminado y

no considerado para su publicacioacuten

Los Autores deben citar las publicaciones que han sido influyentes en la naturaleza del Artiacuteculo

presentado a arbitraje

Servicios de Informacioacuten

Indizacioacuten - Bases y Repositorios

RESEARCH GATE (Alemania)

GOOGLE SCHOLAR (Iacutendices de citaciones-Google)

REDIB (Red Iberoamericana de Innovacioacuten y Conocimiento Cientiacutefico- CSIC)

MENDELEY (Gestor de Referencias bibliograacuteficas)

DULCINEA (Revistas cientiacuteficas espantildeolas)

UNIVERSIA (Biblioteca Universitaria-Madrid)

SHERPA (Universidad de Nottingham- Inglaterra)

Servicios Editoriales

Identificacioacuten de Citacioacuten e Iacutendice H

Administracioacuten del Formato de Originalidad y Autorizacioacuten

Testeo de Artiacuteculo con PLAGSCAN

Evaluacioacuten de Artiacuteculo

Emisioacuten de Certificado de Arbitraje

Edicioacuten de Artiacuteculo

Maquetacioacuten Web

Indizacioacuten y Repositorio

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21 Santa Luciacutea CP-5220 Libertadores -Sucre ndash Bolivia Tel +52 1 55 6159 2296 +52 1 55 1260 0355

+52 1 55 6034 9181 Correo electroacutenico contactecorfanorg wwwecorfanorg

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Editor en Jefe ROSALES-BORBOR Eleana BsC

Directora Ejecutiva RAMOS-ESCAMILLA Mariacutea PhD

Director Editorial PERALTA-CASTRO Enrique MsC

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electroacutenico 03-2010-032610105200-01-Para material fotograacutefico 03-2010-032610115700-14-Para

Compilacioacuten de Datos 04 -2010-031613323600-01-Para su paacutegina Web 19502-Para la Indizacioacuten

Iberoamericana y del Caribe 20-281 HB9-Para la Indizacioacuten en Ameacuterica Latina en Ciencias Sociales y

Humanidades 671-Para la Indizacioacuten en Revistas Cientiacuteficas Electroacutenicas Espantildea y Ameacuterica Latina

7045008-Para su divulgacioacuten y edicioacuten en el Ministerio de Educacioacuten y Cultura-Espantildea 25409-Para su

repositorio en la Biblioteca Universitaria-Madrid 16258-Para su indexacioacuten en Dialnet 20589-Para

Indizacioacuten en el Directorio en los paiacuteses de Iberoameacuterica y el Caribe 15048-Para el registro internacional

de Congresos y Coloquios financingprogramsecorfanorg

Oficinas de Gestioacuten 21 Santa Luciacutea CP-5220 Libertadores -Sucre ndash Bolivia

Revista de Energiacutea Quiacutemica y Fiacutesica

ldquoProduccioacuten de Hidroacutegeno mediante digestioacuten anaerobia de residuos de planta de

jitomaterdquo

CAMARENA-MARTIacuteNEZ Sarai MARTIacuteNEZ-MARTIacuteNEZ Juan Humberto

SALDANtildeA-ROBLES Adriana y RUIZ-AGUILAR Graciela ML

Universidad de Guanajuato

ldquoEstudio de la evolucioacuten de C N Chl en microalgas verdes considerando la irradiacioacuten

solar a traveacutes de un modelo dinaacutemicordquo

GUZMAacuteN-PALOMINO Abraham AGUILERA-VAacuteZQUEZ Luciano

GARCIacuteA-VITE Pedro Martin y MENDOZA-MARTIacuteNEZ Ana Mariacutea

Instituto Tecnoloacutegico de Ciudad Madero

ldquoDisentildeo y construccioacuten de un Colector Solar de Tipo Concentrador Paraboacutelico

Compuesto (CPC) para pruebas de calentamiento de airerdquo

SORIA-MEJIacuteA Sandra Paloma AMBROSIO-JUAREZ Joseacute Emmanuel

TOLEDO-MANUEL Ivaacuten y SABAacuteS-SEGURA Joseacute

Instituto Tecnoloacutegico Superior de Abasolo

ldquoModelado molecular de un aacutenodo de carboacuten activado como soporte de platino por

medio de caacutelculos DFTrdquo

VALENZUELA-HERMOCILLO Ernesto PACHECO-SAacuteNCHEZ- Juan y

RIVAS-CASTRO Sofiacutea

Tecnoloacutegico de Estudios Superiores de Villa Guerrero

Instituto Tecnoloacutegico de Toluca

ldquoOptimizacioacuten de Sulfato de Zinc en proceso de beneficiordquo

ROACHO-TORRES Mariacutea Guadalupe ENCINAS-BACA Cesar Octavio y

GRIJALVA-DELGADO Melchor Omar

Universidad Tecnoloacutegica de Parral

ldquoEfecto de la adicioacuten de inulina en las propiedades fisicoquiacutemicas de queso tipo panela

descremadordquo

AGUILAR Mariacutea CARRANZA Joseacute BERMUacuteDEZ Mariacutea y ROMO Carlos

ldquoInclusioacuten de harina elaborada a partir de los frutos de Enterolobium Cyclocarpum y

Brosimum Alicastrum como suplemento isocaloacuterico e isoproteacuteico en la alimentacioacuten

de ovinosrdquo

DE LUNA-VEGA Alicia GARCIacuteA-SAHAGUacuteN Mariacutea Luisa GONZAacuteLEZ-

LUNA Salvador y PIMIENTA-BARRIOS Enrique

Universidad de Guadalajara

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