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Avances en Ciencias e Ingeniería-ACI (ISSN: 0718-8706), Avances en Ciencias e Ingeniería, es una revista de divulgación orientada a difundir el quehacer científico y tecnológico de las Ciencias e Ingeniería (en diferentes áreas tales como: Química, Física, Biotecnología, Materiales, Polímeros, Medio Ambiente y Contaminación, Simulación, Termodinámica, entre otras). La revista incluye además temas relacionados con la Enseñanza y Educación Universitaria (didáctica de las ciencias, propuestas de mejora en la enseñanza universitaria, metodología de enseñanza, simulación en docencia, etc.). ACI es una tribuna para que los investigadores Iberoamericanos den a conocer los resultados de la investigación que desarrollan (apoyada por sus respectivas instituciones y entidades gubernamentales).

Visión y Misión de ACI

Avances en Ciencias e Ingeniería es una revista de formato electrónico (on-line), arbitrada y seriada y que esta respalda por un Comité Editorial internacional, y es una publicación de acceso abierto (Open Access). El idioma oficial de la revista es el Español, para todos aquellos investigadores de países no hispanoparlantes, deben enviar sus trabajos con una traducción correcta al idioma oficial (eventualmente, se podrán aceptar trabajos en idioma inglés, siempre que estén redactados en un correcto inglés técnico). La periodicidad de la revista es trimestral, es decir se editan 4 números al año, y los períodos cubiertos son los siguientes: Enero-Marzo (Nº1), Abril-Junio (Nº2), Julio-Septiembre (Nº3) y Octubre-Diciembre (Nº4). La publicación de artículos de un número determinado, se hace al final de cada período (el último o penúltimo día de ese mes), es decir: el Nº1 se publica a fines del mes de Marzo, el Nº2 a fines del mes de Junio, el Nº3 a fines del mes Septiembre y el Nº4 a fines del mes de Diciembre.

La revista editada en Chile por EBS, a través de su área de publishing. EBS es una entidad privada que realiza proyectos, presta asesorías, entre otras actividades en diversas áreas (economía, administración, ingeniería, etc.). 

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REDUCCIÓN DE ESFUERZO COMPUTACIONAL EN LOS ANÁLISIS INGENIERILES POR ELEMENTOS DE CONTORNO

REDUCTION OF COMPUTATIONAL EFFORT IN ENGINEERING ANALYSIS BY BOUNDARY ELEMENT

Liseth Valencia1, Elixanda Quezada1 (1) Universidad Adventista Dominicana, Facultad de Ciencias, Autopista Duarte Km 74 1/2, Bonao – República Dominicana

Resumen

Se redujo el esfuerzo computacional empleado en el análisis del Método de Elementos de Contorno, lo que conduce a una mejora en la eficiencia del método, especialmente cuando se trata de tareas de Diseño Asistido por Computador (CAD). Se obtienen las fórmulas cerradas simples y eficientes para las matrices de influencia de los elementos de contorno en elasticidad plana, generando un ahorro sustancial de tiempo de ejecución computacional cuando se comparan con los métodos de integración numérica. Para generar las fórmulas, se usó la manipulación simbólica de las ecuaciones integrales y soluciones fundamentales a través del uso de Sistemas de Álgebra Computacional (SAC), seguido de un post-procesamiento de las expresiones generadas. Las fórmulas son adecuadas para la evaluación de integrales cuasi-singulares (punto de colocación muy cercano al elemento de integración) y la evaluación de integrales singulares (punto de colocación sobre el elemento de integración). Adicionalmente, se discute un ejemplo donde se aplica lo desarrollado en este trabajo.

Abstract

The computational effort used in the analysis of the Boundary Elements Method was reduced. This leads to an improvement in the efficiency of the method, especially when it comes to Computer Aided Design (CAD) tasks. The simple and efficient closed formulas for the influence matrices of the boundary elements in flat elasticity are obtained. The simple and efficient closed formulas for the influence matrices of the contour elements in flat elasticity are obtained, generating a substantial saving of computational execution time when compared with the numerical integration methods. To generate the formulas, the symbolic manipulation of the integral equations and fundamental solutions was used through the use of Computational Algebra Systems (SAC), followed by a post-processing of the generated expressions. The formulas are suitable for the evaluation of quasi-singular integrals (placement point very close to the integration element) and the evaluation of singular integrals (placement point on the integration element). Additionally, an example is discussed where the work developed in this work is applied.

Palabras clave: esfuerzo computacional, Método de Elementos de Contorno (MEC), manipulación simbólica, elasticidad plana Keywords: computational effort, Boundary Elements Method (BEM), symbolic manipulation, flat elasticity

ESTUDIO COMPUTACIONAL DEL EFECTO GEOMÉTRICO DE SEPARADORES CICLONES EN NUBES DE POLVO PARA PREVENIR EXPLOSIONES

COMPUTATIONAL STUDY OF THE GEOMETRIC EFFECT OF CYCLONE SEPARATORS IN DUST CLOUDS TO PRBVENT DUST EXPLOSION

Edgar O. Castrejón-González¹, Christian O. Díaz-Ovalle^2*, Seungho Jung³, José J. Cano-Gómez ⁴, Florianne Castillo-Borja⁵, Ahuitzolt de J. Joaquín-Ramos²  (1) Tecnológico Nacional de México/I.T. Celaya, Departamento de Ingeniería Química, Av. Tecnológico y A.G. Cubas s/n, Celaya, Guanajuato, 38010 – México (2) Tecnológico Nacional de México/I.T. Roque, Departamento de Ingenierías, Km 8 Carretera Celaya-Juventino Rosas, Celaya, Guanajuato, 38110 – México, (3) Environmental and Safety Engineering, Ajou University,  Suwon 16449 – Korea, (4) Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Químicas, Av. Universidad s/n, Cuidad Universitaria, San Nicolás de los Garza, Nuevo León, 66541 – México, (5) Tecnológico Nacional de México/I.T. Aguascalientes, Departamento de Ingeniería Química, Av. Adolfo López Mateos 1801 Ote., Aguascalientes, Aguascalientes, 20256 – México

Resumen

Los separadores ciclones presentan riesgo de explosión al generar nubes de polvo. Esto depende de su comportamiento hidrodinámico, el cual es influido por la geometría. Este trabajo propone un conjunto de geometrías para modificar el comportamiento hidrodinámico dentro del separador ciclón. Así, un caso con bajo riesgo de explosión fue obtenido considerando el menor tamaño de la nube de polvo. Algunas geometrías propuestas en este trabajo no han sido reportadas anteriormente. El análisis hidrodinámico y la determinación del tamaño de la nube fueron posibles con la herramienta ANSYS FLUENT sobre el proceso de leche en polvo. Los resultados indicaron las características geométricas que garantizan una nube de polvo con volumen bajo, esto fue restringido a casos que garanticen una aceptable separación de partículas. Adicionalmente, una validación experimental fue realizada con datos de la literatura. Esta propuesta es una estrategia válida para mejorar la seguridad en las unidades de proceso.

Abstract

Cyclone separators present risk by dust explosion. This depends on its hydrodynamic behavior, in which the geometry influences on. This work proposes a set of geometries in order to modify the hydrodynamic behavior inside the cyclone. Thus, a case with low risk was obtained by considering the lowest volume of the dust cloud. Some proposed geometries herein have not been reported previously. The hydrodynamic analysis and the determination of the dust cloud size were possible by the ANSYS FLUENT tool in a milk powder process. The results indicated the geometrical features to guarantee the lowest volume of the dust cloud; this was restricted to cases that guarantee an acceptable particle separation. Additionally, an experimental validation was carried out with literature data. This proposal is a valid strategy to improve the safety in process units.

Palabras clave: fase discreta, concentración de polvo, diseño geométrico, leche en polvo Keywords: discrete phase, dust concentration, geometrical design, milk powder

CUANTIFICACIÓN DE LA RESISTENCIA MECÁNICA DE MORTEROS DE CEMENTO AL AÑADIR CENIZAS DE CASCARA DE ARROZ RICAS EN NANOPARTÍCULAS DE SÍLICE

QUANTIFICATION OF THE MECHANICAL STRENGTH OF CEMENT MORTARS WHEN ADDED RICE HUSK ASH RICH IN SILICA NANOPARTICLES

Camilo Orrabalis¹, Argentino Ledezma¹, Roberto Villalba¹, Ricardo Martínez García^1,2 (1) Universidad Nacional de Formosa, Facultad de Recursos Naturales, Av. Gutnisky 3200, Formosa 3600 – Argentina               (2) Laboratorio de Sólidos Amorfos, INTECIN, Facultad de Ingeniería, Universidad de Buenos Aires, Paseo Colón 850, C1063ACV Buenos Aires – Argentina

Resumen

Se obtuvieron cenizas ricas en nanopartículas amorfas de dióxido de silicio (conglomerados de diámetro promedio de 60 nm) a partir de la combustión controlada de la cáscara de arroz. La cáscara y la ceniza se utilizan en la preparación de morteros de cemento. Se estudió la morfología y estructura de la cáscara y de la ceniza, así como la influencia de su uso en las propiedades mecánicas de los morteros de cemento fabricados. En el análisis se presta especial atención a parámetros como la densidad de los morteros y su resistencia a la compresión. Los estudios se realizaron mediante microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X, análisis termogravimétrico, y una máquina INSTRON para ensayos mecánicos.

Abstract

Rice husk ash formed by amorphous silica nanoparticles was obtained from rice husk using a controlled thermal decomposition (Conglomerates with an average diameter of 60 nm). The rice husk and the rice husk ash were used in the preparation of cement mortars. The morphology and structure of the rice husk and the rice husk ash, as well as the influence of those components on the mechanical properties of the concrete mortars, were studied. In the analysis, special attention is paid to parameters such as density of the concrete mortar and its resistance to compression. The studies were carried out by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, and a mechanical properties tests machine (INSTRON), were used for mechanical tests.

Palabras clave: combustión, nanopartículas de sílice, modificación de mortero, resistencia a compresión Keywords: combustion, silica nanoparticles, mortar modification, compression resistance

SÍNTESIS DEL 2,4,5-TRIFENILIMIDAZOL EMPLEANDO TÉCNICAS DE LA QUÍMICA SOSTENIBLE

SYNTHESIS OF 2,4,5-TRIPHENYLIMIDAZOLE USING SUSTAINABLE CHEMISTRY TECHNIQUES

Patricia Elizalde-Galván¹, Martha Menes-Arzate², Fernando León-Cedeño¹* Universidad Nacional Autónoma de México, (1) Facultad de Medicina, Departamento de Química Orgánica, (2) Facultad de Medicina, Departamento de Farmacología, Circuito Interior, Ciudad Universitaria, Delegación Coyoacán, 04510 Ciudad de México – México

Resumen

Se presentan dos técnicas para formar 2,4,5-trifenilimidazol, las cuales a través de la reacción Debus-Radziszewski, utilizan como materias primas un compuesto 1,2-dicarbonílico, un aldehído y una fuente de amoniaco, la cual puede ser, (NH₄)₂CO₃ y AcOH (Método A) o bien, AcONH₄ y NaH₂PO₄ (Método B). El método A, resultó ser el mejor por los tiempos de reacción y temperatura, así como por la facilidad para aislar y purificar el producto. El método B, tiene la desventaja de emplear un tiempo de reacción más largo. Estos dos métodos permitieron obtener el producto con rendimientos aceptables (82 % y 84 %, respectivamente), a una temperatura más baja y tiempos de reacción más cortos, que los reportados en la literatura. El Método A, cumple con los siguientes principios de la química sostenible: 1. Prevención; 2. Economía atómica: 5. Reducción de sustancias auxiliares. 6. Disminución del consumo energético.

Abstract

In this work two techniques to form 2,4,5-triphenylimidazole are presented, which through the Debus-Radziszewski reaction, use as raw materials a 1,2-dicarbonyl compound, an aldehyde and a source of ammonia, which it can be, (NH₄)₂CO₃ and AcOH (Method A) or. AcONH₄ and NaH₂PO₄ (Method B). Method A was found to be the best for the reaction times and temperature, as well as for the facility to isolate and purify the product. Method B has the disadvantage of using a longer reaction time. These two methods allowed obtaining the product with acceptable yields (82% and 84%, respectively), at a lower temperature and shorter reaction times, than those reported in the literature. Method A complies with the following principles of sustainable chemistry: 1. Prevention; 2. Atomic economy: 5. Reduction of auxiliary substances. 6. Decrease in energy consumption.

Palabras clave: imidazol, química heterocíclica, química de alimentos, química verde Keywords: imidazole, heterocyclic chemistry, food chemistry, green chemistry

INFLUENCIA DEL CATALIZADOR DE TRANSFERENCIA DE FASES EN LA SÍNTESIS DE HIDROXIMETILFURFURAL (HMF)

BINFLUENCE OF THE PHASE TRANSFER CATALYST IN THE SYNTHESIS OF HYDROXYMETHYLFURFURAL (HMF)

Martha Menes-Arzate¹, Paola San Luis-León², Diana G. Tinajero-Fonseca², Francisco Franco-Guerrero², Laura Luna-Ávila², Fernando León-Cedeño²* Universidad Nacional Autónoma de México, (1) Facultad de Medicina, Departamento de Farmacología, (2) Facultad de Química, Departamento de Química Orgánica, Av. Universidad No. 3000, 04510 Ciudad de México – México

Resumen

Se presenta la síntesis de 5-hidroximetilfurfural (HMF) empleando condiciones de la química verde, el cual se obtiene a través de la reacción de deshidratación de la fructosa empleando un catalizador ácido y un catalizador de transferencia de fase. Se realizaron diferentes reacciones, en las que se estudiaron: el efecto del tiempo de reacción, el tipo y la cantidad de catalizador de transferencia de fase, manteniendo una temperatura controlada en un intervalo de 96-100 ^oC. El HMF se purificó por cromatografía en columna utilizando un gradiente de elución. Finalmente se caracterizó mediante sus propiedades espectroscópicas. La finalidad de este trabajo es implementar una nueva práctica en el laboratorio de la asignatura Química Orgánica III (clave 1628), que se enfoca principalmente en la síntesis de los compuestos heterocíclicos orientado a la carrera de Química de Alimentos, de la Facultad de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).

Abstract

The synthesis of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) using green chemistry conditions is presented, which is obtained through the dehydration reaction of fructose using an acid catalyst and a phase transfer catalyst. Different reactions were carried out, in which the effect of reaction time, type and amount of phase transfer catalyst were studied, maintaining a controlled temperature in a range of 96-100 oC. The HMF was purified by column chromatography using an elution gradient. Finally, it was characterized by its spectroscopic properties. The purpose of this work is to implement a new practice in the laboratory of Organic Chemistry III (code 1628), which focuses mainly on the synthesis of heterocyclic compounds oriented to the career of Food Chemistry, the Faculty of Chemistry of the National Autonomous University of Mexico (UNAM).

Palabras clave: catalizador de transferencia de fases, química verde, química heterocíclica, reacción de Maillard Keywords: phase transfer catalyst, green chemistry, heterocyclic chemistry, Maillard reaction

ISSN: 0718-8706

Teoría/Aplicación (Theory/Application)

1. Influencia del catalizador de transferencia de fases en la síntesis de hidroximetilfurfural (HMF)Influencia del catalizador de transferencia de fases en la síntesis de hidroximetilfurfural (HMF). Influence of the phase transfer catalyst in the synthesis of hydroxymethylfurfural (HMF).  Martha Menes-Arzate, Paola San Luis-León, Diana G. Tinajero-Fonseca, Francisco Franco-Guerrero, Laura Luna-Ávila, Fernando León-Cedeño (pp. 1-11)

2. Síntesis del 2,4,5-trifenilimidazol empleando técnicas de la química sostenible. Synthesis of 2,4,5-triphenylimidazole using sustainable chemistry techniques. Patricia Elizalde-Galván, Martha Menes-Arzate, Fernando León-Cedeño (pp. 13-21)

3. Cuantificación de la resistencia mecánica de morteros de cemento al añadir cenizas de cascara de arroz ricas en nanopartículas de sílice. Quantification of the mechanical strength of cement mortars when added rice husk ash rich in silica nanoparticles. Camilo Orrabalis, Argentino Ledezma, Roberto Villalba, Ricardo Martínez García  (pp. 23-31)

4. Estudio computacional del efecto geométrico de separadores ciclones en nubes de polvo para prevenir explosiones. Computational study of the geometric effect of cyclone separators in dust clouds to prevent dust explosion, Edgar O. Castrejón-González, Christian O. Díaz-Ovalle, Seungho Jung, José J. Cano-Gómez, Florianne Castillo-Borja, Ahuitzolt de J. Joaquín-Ramos (pp. 33-49)

5. Reducción de esfuerzo computacional en los análisis ingenieriles por elementos de contorno. Reduction of computational effort in engineering analysis by Boundary element. Liseth Valencia¹, Elixanda Quezada (pp. 51-58)

SÍNTESIS DE MESO-TETRAFENILPORFIRINA Y SU COMPLEJACIÓN CON METALES USANDO QUÍMICA VERDE

SYNTHESIS OF MESO-TETRAPHENYLPORPHYRIN AND THEIR COMPLEXATION WITH METALS USING GREEN CHEMISTRY

Sandra Rodríguez-Álvarez1, José M. Palazón1, Rosa L. Dorta*1 (1) Universidad de La Laguna, Departamento de Química Orgánica, 38206 La Laguna, Tenerife – España

Resumen

En este trabajo se describe la preparación del ligando meso-tetrafenilporfirina y de tres de sus complejos metálicos, preparados por reacción con sales de Ni(II), Cu(II) y Zn(II), mediante procedimientos sintéticos enmarcados en la llamada «Química Verde». Los mejores resultados para la preparación del ligando se obtuvieron por reacción en fase gas de los reactivos, benzaldehído y pirrol, sin necesidad de añadir disolvente ni catalizador. En el caso de los complejos metálicos, el uso de irradiación por microondas permitió un acceso fácil y eficiente a los mismos. Los compuestos sintetizados fueron caracterizados mediante técnicas espectroscópicas: UV-Vis, espectrofluorometría y resonancia magnética nuclear.

Abstract

This work describes the preparation of meso-tetraphenylporphyrin ligand and three of its metal complexes, prepared by reaction with Ni(II), Cu(II) and Zn(II) salts by synthetic procedures framed in the so-called «Green Chemistry». The best results for the preparation of the ligand were obtained by reaction in gas phase of the reactants, benzaldehyde and pyrrole, without the need to add solvent or catalyst. In the case of metal complexes, the use of microwave irradiation allowed easy and efficient access to them. The synthesized compounds were characterized by spectroscopic techniques: UV-Vis, spectrofluorometry and nuclear magnetic resonance.

Palabras clave: porfirinas, química verde, complejos metálicos, heterociclos Keywords: porphyrins, green chemistry, metal complexes, heterocycles