PURIFICACIÓN DE BIOGÁS EMPLEANDO MEMBRANAS VÍTREAS …

PURIFICACIOacuteNDE BIOGAacuteS EMPLEANDO

MEMBRANAS VIacuteTREASY DE ZEOLITA

NATURAL CUBANALIANYS ORTEGA VIERA

Lianys Ortega Viera

Puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana

Lianys Ortega Viera

Tutoras

Dra Susana Rodriacuteguez Muntildeoz Dra Elina Fernaacutendez Santana

EDITAUNIVERSIDAD INTERNACIONAL DE ANDALUCIacuteA

Servicio de Publicaciones UNIA (Sevilla 2018)Monasterio de Santa Mariacutea de las CuevasAmeacuterico Vespucio 2 Isla de la Cartuja Sevillapublicacionesuniaeshttpswwwuniaespublicaciones

copy La autoracopy De esta edicioacuten la Universidad Internacional de Andaluciacutea

ISBN 978-84-7993-339-5DEPOacuteSITO LEGAL SE 1773-2018

Esta tesis doctoral fue presentada por la autora para obtener el grado de Doctor en Ciencias Teacutecnicas Universidad Tecno-loacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Departamento de Ingenieriacutea Quiacutemica Tutoras Dra Susana Rodriacuteguez Muntildeoz y Dra Elina Fernaacuten-dez Santana

Con fecha de 9 de abril de 2018 el Jurado del XI Premio de Estudios Iberoamericanos La Raacutebida convocado por el Grupo de Universidades Iberoamericanas ldquoLa Raacutebidardquo otorgoacute el pre-mio a la mejor tesis doctoral en el Aacuterea Cientiacuteco-Teacutecnica

A mis nintildeos Marcos y el que espero llegue pronto ustedes son lo maacutes importante en mi vida

A mi esposo gracias por tanto amor y acompantildearme siempre

A mis padres porque sin su enorme ayuda hubiera sido imposible siempre estaacuten cuando los necesito

A Elina porque como una madre siempre tiene un consejo para miacute y me ha apoyado en todos los momentos buenos y malos

A mis diplomantes mil veces gracias sin ustedes no hubiese hecho realidad este suentildeo

Se acercan los momentos nales de esta etapa tan importante en la vida de todos aquellos que aspiran y desean defender el doctorado como yo Sin embargo no hubiese llegado a este diacutea si no fuera por la ayuda y los buenos deseos de muchas personas a las cuales quiero agradecer

bull En primer lugar a mi nintildeo por ser tan paciente cuando mami no podiacutea jugar con eacutel porque estaba trabajando en el doctorado y no importaba cuan cansada me veiacutea siempre habiacutea un gran beso y carintildeos para mami

bull Al amor de mi vida mi Mauri por su amor innito sus cuidados cuando me veiacutea trabajando muchas horas siempre velando por mi salud Gracias por tenerme tanta paciencia

bull A mis padres por estar a mi lado en todo momento y ayudarme con las ta-reas que me corresponden a miacute

bull A mi tutora amiga y segunda madre Elina por tantas horas de desvelos de-dicadas a miacute porque siempre tiene un consejo porque sin su ayuda y dedi-cacioacuten no hubiera sido posible

bull A mis diplomantes Eric Joseacute Ismael Elayne Adrian Angel Anayancy Kizzy Yania Yulieth Viacutector Sailid Adriana Iris Eysel Lisbet Feacutelix y Ori-sel si no fuera por ustedes no tendriacutea los resultados que hoy se presentan Gracias por todo lo que hicieron por esperar pacientemente por miacute cada antildeo tuvimos la oportunidad de formar un buen equipo de trabajo tal es asiacute que obtuvieron el reconocimiento de Grupo Cientiacuteco Estudiantil desta-cado en la Cujae en el 2015

AGRADECIMIENTOS

bull A Yordanis por facilitarme todo lo que estuviera al alcance de sus manos para que el trabajo no se detuviera

bull A mis maestrantes Mercy Stella y Heidy por sus aportes e ideas que con-tribuyeron a la investigacioacuten

bull A mi profe querido Gandoacuten gracias por toda su sabiduriacutea sus consejos su apoyo incondicional

bull A mi suegra y tiacuteos suegros porque tambieacuten han sufrido los embates del doctorado que no se acaba

bull A los profesores Lourdes Dustet Luis Eduardo Maritza Cordoviacute Ame-neiros Domiacutenguez Edilia siempre respondiendo a mis dudas y sugiriendo ideas

bull A Susana porque me ensentildeoacute a ser maacutes fuertebull A Junior por aguantarnos en la ocina con todo nuestro alboroto y siem-

pre respondiendo a cualquier preguntabull A Yanet porque desde el principio nos ayudoacute aclarando nuestras dudasbull A Dunia porque siempre responde cuando yo la necesito sacaacutendome de

un apurobull A todos mis compantildeeros del departamento por su preocupacioacutenbull A todos mis compantildeeros del consejo de direccioacuten pendientes de miacute en

particular a Betty y Osney por comprenderme en momentos difiacuteciles bull A los compantildeeros del CIPIMM en particular Aramiacutes por brindarnos sus

equipos y sus consejosbull A los compantildeeros del Laboratorio de Criminaliacutestica que apoyando a sus

trabajadores que han sido mis diplomantes han permitido que avance y muestre resultados novedosos

bull A todos los profesores y compantildeeros de trabajo que se preocupan por miacute y se alegran de que esteacute concluyendo mi trabajo de doctorado

A todos muchas gracias

En la actualidad se ha incrementado la sustitucioacuten de los combustibles foacute-siles convencionales por energiacuteas renovables como el biogaacutes el cual estaacute com-puesto fundamentalmente por metano (CH4(g)) (55 - 70) dioacutexido de carbono (CO2(g)) (30 - 45) y sulfuro de hidroacutegeno (H2S(g)) (0 - 3) Este uacuteltimo com-ponente es imprescindible reducir o eliminar ya que provoca diversos impactos negativos Es por ello que se denioacute como objetivo general proponer un meacutetodo efectivo para la puricacioacuten de biogaacutes que emplee membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana En el presente trabajo resultoacute novedoso el empleo de membranas para la puricacioacuten de biogaacutes obtenidas a partir de materiales viacutetreos de desechos y zeolita natural cubana estas uacuteltimas sintetizadas por primera vez lograacutendose el procedimiento para la siacutentesis de las membranas de zeolita natural cubana la ca-racterizacioacuten estructural y funcional de las membranas de zeolita natural cubana asiacute como funcional de las membranas viacutetreas la identicacioacuten y fundamentacioacuten de los factores que inuyen en la puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana y la explicacioacuten del mecanismo fenomenoloacute-gico y las variables que inuyen en el proceso de puricacioacuten de biogaacutes

SIacuteNTESIS

At present the substitution of the conventional fossil fuels by renewable ener-gies like biogas has increased Biogas compounds are mainly methane (CH4(g) 55-70) carbon dioxide (CO2(g) 30-45 ) and hydrogen sulde (H2S(g) 0-3) It is essential to reduce or to eliminate this last component since it pro-vokes various negative impacts Because of this the dened general objective is to propose an eective method for biogas purication using glassy and Cuban na-tural-zeolite membranes In the present work the application of membranes for biogas purication was considered innovative ese membranes were obtained from glassy materials of waste matter and Cuban natural zeolite ese zeolite membranes were synthesized for the rst time e procedure for the synthesis of the membranes from Cuban natural zeolite the structural and functional cha-racterization of these as well as the performance of the vitreous membranes and the identication and foundation of the factors inuencing the biogas purica-tion are the most important contributions achieved e phenomenological me-chanism using glassy and Cuban natural zeolite membranes and the variables that inuence the process of biogas purication were also determined

ABSTRACT

IacuteNDICE

INTRODUCCIOacuteN 12

1 REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA 1911 Biogaacutes 19111 Propiedades y aplicaciones 20112 Efectos negativos del H2S(g) 21113 Meacutetodos para la desulfuracioacuten del biogaacutes 23114 Experiencias de Cuba en la desulfuracioacuten del biogaacutes 2812 Membranas30121 Clasicacioacuten 32122 Caracterizacioacuten 33123 Aplicaciones3513 Conclusiones parciales 36

2 MATERIALES Y MEacuteTODOS 3821 Procedimiento para la siacutentesis de las membranas 38211 Materias primas 38212 Operaciones y equipos empleados 4122 Caracterizacioacuten de las membranas44221 Ensayos para determinar el diaacutemetro de los poros 45222 Ensayos para determinar porosidad y tortuosidad 46223 Procedimiento para la determinacioacuten de la permeabilidad 48224 Procedimiento para calcular la difusividad efectiva del H2S(g) en las membranas 4923 Sistema experimental empleado en la puricacioacuten de biogaacutes a escala de laboratorio 50231 Caracterizacioacuten del biogaacutes y caacutelculos fundamentales relacionados con el proceso

de puricacioacuten de biogaacutes 51232 Condiciones de operacioacuten5524 Modelos fenomenoloacutegicos considerados en el proceso de puricacioacuten de biogaacutes 5525 Procedimiento para el caacutelculo de la densidad de ujo molar de H2S(g) a partir

de los resultados experimentales 5926 Propuesta para el tratamiento de las membranas al concluir el tiempo de operacioacuten6127 Consideraciones para la seleccioacuten del equipamiento y la valoracioacuten econoacutemica

del proceso de puricacioacuten de biogaacutes 6328 Conclusiones parciales 64

3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN 6631 Siacutentesis de las membranas 66311 Disentildeo de experimento para el tratamiento teacutermico de las membranas

de zeolita natural cubana 6732 Caracteriacutesticas estructurales y funcionales de las membranas 71321 Radio de los poros a partir de la MEB 71322 Porosidad y tortuosidad de las membranas 76323 Permeabilidad 79324 Difusividad efectiva del H2S(g) en las membranas 8133 Eciencia de las membranas en la puricacioacuten de biogaacutes 83331 Remocioacuten de H2S(g) 83332 Resultados de los disentildeos de experimentos 90333 Remocioacuten de CH4(g) y CO2(g) durante la puricacioacuten de biogaacutes 9134 Densidad de ujo molar de H2S(g) 92341 Resultados del modelo fenomenoloacutegico 92342 Resultados experimentales 94343 Comparacioacuten de la densidad de ujo molar de H2S(g) seguacuten el modelo

fenomenoloacutegico y los resultados experimentales 9635 Tratamiento de las membranas al concluir el tiempo de operacioacuten 97351 Tiempo de operacioacuten de las membranas 97352 Composicioacuten quiacutemica caracteriacutesticas de las membranas al concluir el tiempo

de operacioacuten 99353 Tratamiento de limpieza con aire 10236 Propuesta del sistema de puricacioacuten de 14 m3 de biogaacutes diario 10437 Valoracioacuten econoacutemica 105371 Costo de produccioacuten de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana 105372 Costo de los materiales necesarios para el proceso de puricacioacuten de biogaacutes 10838 Conclusiones parciales 111

4 CONCLUSIONES 113

5 RECOMENDACIONES 115

6 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 116

7 PRODUCCIOacuteN CIENTIacuteFICA DE LA AUTORA RELACIONADA CON EL TEMA 132

8 ANEXOS 137Anexos A Tablas 138Anexos B Anaacutelisis estadiacutesticos 148Anexos C Figuras 152

El desarrollo sostenible en esencia plantea a los hombres y gobiernos la proble-maacutetica de aprender a desarrollarse reduciendo los impactos negativos al medio ambiente propiciar la investigacioacuten y buacutesqueda de nuevas fuentes de produccioacuten sin afectar el desarrollo futuro de las generaciones por venir

A partir de la evolucioacuten de las tendencias energeacuteticas globales en los uacuteltimos antildeos se ha acentuado el cuestionamiento -en los planos econoacutemico social y am-biental- de los patrones predominantes de produccioacuten y consumo de energiacutea Es importante destacar que la huella energeacutetica es decir el impacto del sector ener-geacutetico sobre el medio representa alrededor del 50 de la huella ecoloacutegica global ya que el 89 de la produccioacuten energeacutetica mundial se realiza a partir de la quema de combustibles foacutesiles y maderas (Pichs 2011)

Existen diferentes tendencias en el panorama energeacutetico mundial para afron-tar el futuro siendo una de ellas estimular la sustitucioacuten de los combustibles foacute-siles convencionales por las energiacuteas renovables En Cuba desde el antildeo 2007 se crea el Grupo Nacional de Biogaacutes y en el 2012 se celebra en Pinar del Riacuteo el

INTRODUCCIOacuteN

Lianys Ortega Viera

III Encuentro Nacional de Usuarios del Biogaacutes en el cual se conoce que funcio-nan en el paiacutes maacutes de 500 biodigestores (Diacuteaz 2013) Ello ha permitido dar res-puesta al lineamiento nuacutemero 247 aprobado por el VI Congreso del Partido que resalta la necesidad de potenciar el aprovechamiento de las distintas fuentes reno-vables de energiacutea

El biogaacutes es un gas combustible que se genera en medios naturales o en dis-positivos especiacutecos por las reacciones de biodegradacioacuten de la materia orgaacutenica mediante la accioacuten de microorganismos y otros factores en un ambiente anaeroacute-bico Estaacute compuesto fundamentalmente por metano (CH4(g)) (55 - 70) dioacute-xido de carbono (CO2(g)) (30 - 45) y sulfuro de hidroacutegeno (H2S(g)) (0 - 3) entre otros La concentracioacuten de los diferentes gases en el biogaacutes depende de la composicioacuten de las materias primas las condiciones de descomposicioacuten tiempo de retencioacuten hidraacuteulica en el biodigestor entre otros (Kapdi y col 2005) (Bu-diyono y col 2009) (Makaruk y col 2010) (Varnero y col 2012) Todas las relaciones porcentuales referidas a la composicioacuten del biogaacutes y a los liacutemites maacutexi-mos permisibles a los que se hacen referencia en el trabajo son expresados en frac-cioacuten volumeacutetrica

De todos los gases que componen el biogaacutes el CH4(g) resulta ser el de mayor intereacutes desde el punto de vista econoacutemico debido a su utilidad como combus-tible por su alto valor caloacuterico (Fernaacutendez 2004) (Kapdi y col 2005) (Rodriacute-guez 2009) (Varnero y col 2012) (Morero y Campanella 2013) (Ortega y col 2015) Sin embargo el H2S(g) es un gas extremadamente toacutexico e irritante produce inconsciencia en los seres humanos conjuntivitis cefalea deciencia respiratoria alteraciones en electrocardiograma en el sistema nervioso central entre otros (Viacutequez 2010) Es el compuesto que le proporciona el olor caracte-riacutestico a huevo podrido al biogaacutes no tiene color es inamable y extremadamente peligroso (OSHA 2005) Si el biogaacutes es utilizado para equipos tales como gene-radores eleacutectricos microturbinas y otros el H2S(g) puede causar dantildeos internos debido a la corrosioacuten (Basu y col 2010) (Varnero y col 2012) La emisioacuten de compuestos de azufre como el H2S(g) es responsable de dantildeos signicativos a la vegetacioacuten cercana a la fuente de vertimiento y ademaacutes contribuye a la llamada lluvia aacutecida (Horikawa y col 2004) (Truong y Abatzoglou 2005) (Zhao y col 2010) (Salazar 2012)

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En la literatura consultada (NOM-137-SEMARNAT-2003 2003) se re-porta que 01 es el liacutemite maacuteximo permisible (LMP) para el H2S(g) en el bio-gaacutes como combustible Debido a los efectos nocivos del H2S(g) desde el punto de vista social medioambiental tecnoloacutegico y econoacutemico es importante eliminar o disminuir su concentracioacuten en el biogaacutes mediante un proceso de desulfuracioacuten

En la actualidad existen diversos meacutetodos para la eliminacioacuten del H2S(g) presente en el biogaacutes los cuales se agrupan de la siguiente manera meacutetodos fiacute-sico - quiacutemicos meacutetodos biotecnoloacutegicos y separacioacuten por membranas (Fernaacuten-dez 1999) (Lin y Chung 2001) (Fernaacutendez 2004) (Rodriacuteguez 2009) (Basu y col 2010) (Varnero y col 2012) La seleccioacuten de uno u otro meacutetodo depende de los resultados del anaacutelisis teacutecnico-econoacutemico que se realice

Los meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos se clasican en meacutetodos de adsorcioacuten y absor-cioacuten utilizando compuestos quiacutemicos inorgaacutenicos y orgaacutenicos De manera gene-ral sus desventajas fundamentales implican altos costos de inversioacuten los primeros por la adquisicioacuten de adsorbentes y los segundos por la importacioacuten de reactivos ademaacutes de tener en contra de su uso la humedad del clima en Cuba sobre todo en aquellos que utilizan hierro y las altas presiones requeridas por los de despoja-miento con agua por tanto estos meacutetodos no estaacuten al alcance de paiacuteses en viacuteas de desarrollo (Fernaacutendez 1999)

Por otro lado los meacutetodos biotecnoloacutegicos poseen una serie de ventajas sobre los meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos como son alta eciencia menor costo de in-versioacuten y operacioacuten ya que utilizan equipos sencillos y de bajo consumo de re-activos Estos sistemas son muy ecientes pero el mantenimiento de un cultivo puro o mixto denido resulta complejo Ademaacutes para que el proceso de puri-cacioacuten a escala industrial sea maacutes competitivo es necesario buscar otras opciones por ejemplo nuevos microorganismos que disminuyan los tiempos de residen-cia (Rodriacuteguez 2009)

Se conoce que en Cuba se emplean dos meacutetodos para la puricacioacuten de bio-gaacutes el de absorcioacuten con limallas de oacutexido de hierro (III) (Fe2O3(s)) (Cepero y col 2012) (Diacuteaz-Pintildeoacuten 2013) y otro que es el resultado de la combinacioacuten de un meacutetodo fiacutesico con uno bioloacutegico (Lorenzo y col 2014) Sin embargo en ambos casos el biogaacutes no cumple con el LMP que establece la norma interna-cional de referencia (NOM-137-SEMARNAT-2003 2003) ni se brindan datos

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que permitan determinar la factibilidad teacutecnica _ econoacutemica de ambas propuestas para que se puedan extender a todo el paiacutes considerando que Cuba tiene un po-tencial de biogaacutes de 400 000 000 m3antildeo seguacuten reporta el Centro de Promocioacuten y Desarrollo del Biogaacutes (Sosa y col 2014)

Teniendo en cuenta la necesidad del empleo de fuentes renovables de energiacutea y las limitaciones de los meacutetodos existentes para la puricacioacuten de biogaacutes la apli-cacioacuten de tratamientos como las tecnologiacuteas de membranas emergen como alter-nativas a los actuales tratamientos de puricacioacuten El empleo de membranas en la remocioacuten de H2S(g) es un meacutetodo que muestra resultados satisfactorios pero el hecho de emplear materiales sinteacuteticos para su conformacioacuten eleva su costo de adquisicioacuten razoacuten fundamental por la que este meacutetodo no se aplica en paiacuteses en viacuteas de desarrollo como Cuba

Si se tiene en cuenta la utilidad y el elevado poder caloacuterico que presenta el biogaacutes (21 MJm3) (Sosa y col 2014) los bajos costos de produccioacuten y la escasa contaminacioacuten ambiental que provoca su empleo comparaacutendolo con otros com-bustibles resulta estrateacutegico y muy conveniente estudiar meacutetodos de puricacioacuten de factura nacional que resulten en nuevas tecnologiacuteas para el tratamiento del potencial del biogaacutes que existe actualmente en Cuba

Por las razones anteriormente expuestas el presente trabajo aborda como problema cientiacuteco Los meacutetodos para la puricacioacuten de biogaacutes utilizados en Cuba no garantizan que la composicioacuten del sulfuro de hidroacutegeno se reduzca a va-lores inferiores al liacutemite maacuteximo permisible y tampoco se ha determinado su fac-tibilidad econoacutemica para su uso extensivo en el paiacutes

Objeto de estudio Procesos de separacioacuten por membranas Campo de accioacuten Puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas construi-

das a partir de materiales viacutetreos de desechos y zeolita natural cubanaObjetivo general Proponer un meacutetodo efectivo para la puricacioacuten de bio-

gaacutes que emplee membranas viacutetreas y de zeolita natural cubanaObjetivos especiacutecos1 Establecer el procedimiento para la siacutentesis de las membranas de zeolita

natural cubana2 Realizar la caracterizacioacuten estructural y funcional de las membranas de

zeolita natural cubana

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3 Determinar la eciencia de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cu-bana en la puricacioacuten de biogaacutes

4 Obtener el modelo fenomenoloacutegico que describe los procesos que tienen lugar en las membranas durante la puricacioacuten de biogaacutes

5 Proponer un meacutetodo para la limpieza de las membranas una vez culmi-nado el tiempo de operacioacuten

6 Realizar la valoracioacuten econoacutemica de la puricacioacuten de 14 m3 de biogaacutes diario

Hipoacutetesis de la investigacioacuten Si se emplean membranas conformadas a partir de materiales viacutetreos de desechos y zeolita natural cubana para la puri-cacioacuten de biogaacutes entonces se puede disminuir la concentracioacuten de sulfuro de hidroacutegeno hasta alcanzar 01 seguacuten los valores establecidos en las normas in-ternacionales vigentes con materiales menos costosos

Metodologiacutea de la investigacioacutenEl tipo de investigacioacuten predominante en el trabajo es la cualitativa descriptiva por el hecho de abordar caracteriacutesticas especiacutecas del proceso de separacioacuten por membranas en la puricacioacuten de biogaacutes el cual se desarrolla partiendo de la siacuten-tesis de membranas reutilizando materiales viacutetreos de desechos y zeolita natural cubana En el capiacutetulo dos se detallan los materiales y meacutetodos empleados en la siacutentesis y caracterizacioacuten estructural y funcional de las membranas asiacute como el procedimiento desarrollado para llevar a cabo la puricacioacuten de biogaacutes y las ecua-ciones y fundamentos que permiten identicar el mecanismo por el cual dis-minuye la concentracioacuten de H2S(g) presente en el biogaacutes que se explica en el capiacutetulo tres Ademaacutes durante el desarrollo de la investigacioacuten se destacan mati-ces de caraacutecter exploratorio al profundizarse en aspectos y caracteriacutesticas inheren-tes del proceso de separacioacuten por membranas El presente trabajo tambieacuten estaacute permeado de elementos que justican una investigacioacuten correlacional la cual se maniesta en la comparacioacuten de las diferentes membranas obtenidas

Meacutetodos de investigacioacutenbull Meacutetodos teoacutericos se utilizan para desarrollar la interpretacioacuten concep-

tual de los datos empiacutericos encontrados explicar los hechos y profundizar

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en las relaciones esenciales y cualidades fundamentales de los procesos he-chos y fenoacutemenos Dentro de estos meacutetodos se emplean los histoacutericos y los loacutegicos los primeros para profundizar en el conocimiento del proceso de desulfuracioacuten gaseosa teniendo en cuenta en cada caso sus antecedentes evolucioacuten y desarrollo Los segundos son empleados para expresar en forma teoacuterica la esencia del proceso de desulfuracioacuten gaseosa que se propone Se emplea como una forma de alcanzar los objetivos especiacutecos y tareas que se incluyen en estos con razonamiento sistemaacutetico

bull Meacutetodo empiacuterico se utiliza para revelar y explicar las caracteriacutesticas del objeto de estudio en la acumulacioacuten de informacioacuten empiacuterica y la com-probacioacuten experimental de la hipoacutetesis de investigacioacuten dentro de este se aplica el meacutetodo de la observacioacuten cientiacuteca para la fundamentacioacuten y de-nicioacuten del problema para establecer los meacutetodos y procedimientos de trabajo asiacute como la reunioacuten de requisitos que demuestren la validez y con-abilidad de la investigacioacuten realizada

bull Meacutetodo experimental se emplea para establecer las condiciones necesarias en el esclarecimiento de las propiedades y relaciones del objeto para estu-diar las caracteriacutesticas del uido y la inuencia de paraacutemetros de intereacutes en el funcionamiento de la tecnologiacutea propuesta

bull Meacutetodo estadiacutestico se utiliza para la realizacioacuten y anaacutelisis de los disentildeos de experimentos y para determinar la inuencia de los paraacutemetros fundamen-tales de operacioacuten en la tecnologiacutea propuesta

Novedad cientiacutecaNuevas membranas empleadas en la puricacioacuten de biogaacutes obtenidas a partir de materiales viacutetreos de desechos y zeolita natural cubana

Aportes de la investigacioacuten1 Procedimiento para la siacutentesis de las membranas de zeolita natural cubana2 Caracterizacioacuten estructural y funcional de las membranas de zeolita natu-

ral cubana asiacute como funcional de las membranas viacutetreas3 Identicacioacuten y fundamentacioacuten de los factores que inuyen en la purica-

cioacuten de biogaacutes empleando membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana

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4 Explicacioacuten del mecanismo fenomenoloacutegico y las variables que inuyen en el proceso de puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana

Estructura de la tesisLa tesis se estructura en Introduccioacuten tres Capiacutetulos Conclusiones Recomenda-ciones Referencias bibliograacutecas y Anexos que ilustran y complementan lo plan-teado durante todo el trabajo En el Capiacutetulo 1 Generalidades se plantean las principales ventajas y desventajas de los meacutetodos existentes a nivel nacional e in-ternacional para la desulfuracioacuten del biogaacutes Una de las soluciones que se pro-pone internacionalmente es el empleo de membranas por lo que se analizan las principales clasicaciones caracteriacutesticas estructurales y funcionales que se mues-tran en la literatura consultada en aras de hallar una solucioacuten al problema cien-tiacuteco planteado En el Capiacutetulo 2 nombrado Materiales y meacutetodos se exponen todos los materiales meacutetodos y procedimientos empleados durante el desarro-llo del trabajo experimental que permitan dar cumplimiento a los objetivos tra-zados El Capiacutetulo 3 denominado Resultados y discusioacuten presenta los resultados correspondientes a la siacutentesis y caracterizacioacuten estructural y funcional de las mem-branas viacutetreas y de zeolita natural cubana Ademaacutes se muestran los factores que inuyen seguacuten el anaacutelisis estadiacutestico en el proceso de puricacioacuten de biogaacutes asiacute como la identicacioacuten del mecanismo por el cual ocurre la remocioacuten del H2S(g) presente en el biogaacutes permitiendo comparar los resultados del modelo fenome-noloacutegico con los experimentales Asimismo se realiza la propuesta para la lim-pieza de las membranas y la puricacioacuten de 14 m3 de biogaacutes diario

El presente capiacutetulo comienza exponiendo las caracteriacutesticas fundamentales del biogaacutes y sus efectos negativos asiacute como los meacutetodos de tratamiento que con mayor frecuencia se reportan en la literatura para la eliminacioacuten del H2S(g) Ademaacutes se describen las principales caracteriacutesticas de las membranas las diferentes clasica-ciones y los aspectos fundamentales que permiten realizar la caracterizacioacuten estruc-tural y funcional de las mismas Posteriormente se exponen las aplicaciones maacutes importantes en las que se emplean las membranas en la actualidad Estos aspec-tos constituyen los antecedentes de este trabajo y se presentan en el capiacutetulo con el propoacutesito de realizar un anaacutelisis criacutetico del alcance de los meacutetodos existentes para desulfurar el biogaacutes presentando las limitaciones de estos y demostrando la nece-sidad de proponer el tratamiento con membranas que impliquen menor costo de inversioacuten a partir de materiales viacutetreos de desechos y zeolita natural cubana

11 Biogaacutes

El biogaacutes es un gas combustible que se puede obtener a partir de cualquier mate-rial orgaacutenico Comuacutenmente se emplean el estieacutercol y orina de cualquier animal residuos de origen vegetal (maleza rastrojos de cosecha pajas) los componentes

1 REVISIOacuteN BIBLIOGRAacuteFICA

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orgaacutenicos de los desechos soacutelidos municipales residuos agroindustriales como sal-vado de arroz malezas residuos de semillas cachaza desechos de destileriacuteas dese-chos orgaacutenicos de las industrias de produccioacuten de alimentos el lodo de las plantas de tratamiento de residuales entre otros Tambieacuten se emplea para la produccioacuten de este gas residuos forestales (ramas pastos hojas y cortezas) residuos de culti-vos acuaacuteticos como algas marinas y malezas acuaacuteticas y residuos domeacutesticos como restos de comida yerba frutas verduras bagazo de maiacutez frutas no aprovechadas (mango guayaba naranja limoacuten) entre otros (Collazo 2010)

111 Propiedades y aplicaciones

El biogaacutes estaacute compuesto fundamentalmente por CH4(g) (55 - 70) CO2(g) (30 - 45) y H2S(g) (0 - 3) entre otros (Makaruk y col 2010) (Varnero y col 2012) El CH4(g) es el componente que le conere las caracteriacutesticas combusti-bles al biogaacutes y su valor caloacuterico inferior estaraacute determinado por su concentracioacuten en el mismo En la tabla 11 se muestran propiedades fiacutesicas del biogaacutes (Esteves y col 2008)

Propiedades fiacutesicas Valor

Masa molar promedio (kgkmol) 235 - 292Densidad (kgm3) 102 - 106

Viscosidad dinaacutemica promedio (Pas) 12210-5 - 15410-5Valor caloacuterico inferior (MJm3) 188 - 234

Ignicioacuten en aire 6 - 12Temperatura de ignicioacuten (0C) 650 - 750

Presioacuten criacutetica (MPa) 75 - 89Inamabilidad ( en aire) 6 - 12

Tabla 11 Propiedades fiacutesicas del biogaacutes

La produccioacuten de biogaacutes por descomposicioacuten anaerobia es un modo apro-piado para tratar residuos biodegradables ya que produce un combustible de

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valor ademaacutes de generar un euente que puede aplicarse como acondicionador de suelo o abono geneacuterico (Guardado 2011)

Como energiacutea renovable el biogaacutes puede utilizarse en la generacioacuten de calor mediante combustioacuten generacioacuten de electricidad integracioacuten en la red de gas na-tural combustible para vehiacuteculos y pilas Ademaacutes puede emplearse como materia prima en la industria quiacutemica y puede ser utilizado como cualquier otro combusti-ble tanto para la coccioacuten de alimentos en sustitucioacuten de la lentildea el queroseno el gas licuado como para el alumbrado mediante laacutemparas adaptadas (Guardado 2011)

A pesar del gran nuacutemero de benecios que presenta la produccioacuten de bio-gaacutes el sistema de almacenamiento del mismo se diculta y la presencia de otros gases como el H2S(g) hace que la mezcla gaseosa sea toacutexica y corrosiva provo-cando tanto dantildeos al medio ambiente a las personas y a los materiales de cons-truccioacuten lo que hace necesario la eliminacioacuten de este componente (Ter Maat y col 2005) (Beil y Hostede 2010) (Cuesta y col 2010) (Weiland 2010) (Varnero y col 2012)

112 Efectos negativos del H2S(g)

El H2S(g) es uno de los contaminantes maacutes perjudiciales que se obtienen en el biogaacutes Es un gas incoloro inamable con olor a huevo podrido de sabor dulce y perceptible a partir de concentraciones de 0001 Sin embargo en concentra-ciones mayores de 244 afecta la capacidad de percepcioacuten del nervio olfativo y con ello impide su deteccioacuten a traveacutes de este sentido hacieacutendolo maacutes peligroso (Colectivo de autores 2007)

Se encuentra en los gases provenientes de volcanes manantiales sulfurosos y agua estancada Este gas es maacutes denso que el aire y arde en eacutel con llama azul paacute-lida Es soluble en agua sin embargo estas disoluciones no son estables pues ab-sorben dioxiacutegeno (O2(g)) con lo que se forma azufre elemental y las disoluciones se enturbian (Colectivo de autores 2012)

bull Efectos sobre el medio ambienteCuando el H2S(g) llega a la atmoacutesfera puede transformarse con cierta facilidad en dioacutexido de azufre (SO2(g)) mediante una reaccioacuten de oxidacioacuten aumentando

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la concentracioacuten de este gas en la atmoacutesfera Una vez disperso en el medio am-biente el SO2(g) puede causar diversos efectos negativos Mezclado con la lluvia se llega a transformar en aacutecido sulfuacuterico (H2SO4(ac)) y provoca la denominada lluvia aacutecida Ademaacutes el viento puede facilitar que esta sustancia corrosiva reco-rra miles de kiloacutemetros antes de precipitarse en bosques lagos canales y riacuteos y cuando la lluvia aacutecida cae se acumula ocasionando la muerte de los animales acuaacuteticos afectando el crecimiento de las plantas y originando la muerte de nu-merosas especies vegetales en los bosques y praderas Esta peacuterdida a su vez pro-mueve la erosioacuten de los suelos y el aumento de las tierras infeacutertiles Ademaacutes se considera que el H2S(g) constituye uno de los gases que provoca el efecto inver-nadero contribuyendo por tanto al calentamiento global (Ficha Internacional 2012) (Guerrero 2012)

bull Efectos sobre la salud humanaEl H2S(g) es extremadamente toacutexico y causa de una gran cantidad de muertes no solo en aacutereas de trabajo sino tambieacuten en aacutereas de acumulacioacuten natural como cisternas o drenajes Actuacutea directamente sobre el sistema nervioso central provo-cando paraacutelisis de centros respiratorios debido a que se une a la metahemoglo-bina de una forma similar a los cianuros Es a traveacutes del torrente sanguiacuteneo que reacciona con algunas enzimas lo que provoca inhibicioacuten de la respiracioacuten celu-lar paraacutelisis pulmonar y la muerte (OSHA 2005)

Los primeros siacutentomas de intoxicacioacuten de manera general son naacuteusea voacutemito diarrea irritacioacuten de la piel lagrimeo falta de olfato fotofobia y vi-sioacuten nublada Los siacutentomas de una intoxicacioacuten aguda son taquicardia (au-mento de la velocidad cardiaca) o bradicardia (disminucioacuten de la velocidad cardiaca) hipotensioacuten (presioacuten sanguiacutenea baja) cianosis palpitaciones arrit-mia cardiaca Ademaacutes puede presentarse respiracioacuten corta y raacutepida edema bronquial o pulmonar depresioacuten pulmonar y paraacutelisis respiratoria Los efec-tos neuroloacutegicos en estos casos son irritabilidad veacutertigo cansancio confusioacuten delirio amnesia cefalea y sudoracioacuten Se presentan tambieacuten calambres mus-culares salivacioacuten excesiva y convulsiones (Colectivo de autores 2007) (Co-lectivo de autores 2012)

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bull Efectos sobre los materiales de construccioacutenEl H2S(g) presente en el biogaacutes es altamente corrosivo lo que constituye una des-ventaja pues diculta el traslado del biogaacutes por tuberiacuteas su almacenamiento en tanques y otras estructuras metaacutelicas como aquellas que participan en la genera-cioacuten y distribucioacuten de electricidad (Viacutequez 2010) (Varnero y col 2012)

El H2S(g) anhidro es poco corrosivo al carboacuten aluminio Inconel Stellite y aceros inoxidables 304 y 316 Sin embargo los aceros duros si estaacuten altamente tensionados se vuelven fraacutegiles por la accioacuten de este producto lo cual puede evi-tarse con cubiertas por ejemplo de teoacuten Por otra parte a temperaturas elevadas puede producirse sulfuracioacuten de metales lo cual en algunos casos puede ser una pequentildea ayuda contra ataques posteriores (pavonado)

En presencia de humedad el H2S(g) es muy corrosivo por ejemplo el acero al carbono es corroiacutedo 255 mm (01 pulgada) por antildeo Es por ello que en el caso de las instalaciones de generacioacuten eleacutectrica la presencia del H2S(g) disminuye la vida uacutetil de todos los equipos que intervienen en la produccioacuten transferencia y suministro de energiacutea eleacutectrica (Varnero y col 2012) Tambieacuten corroe a los equi-pos y tuberiacuteas con cobre y al latoacuten (Colectivo de autores 2012)

Teniendo en cuenta los efectos nocivos del H2S(g) es importante disminuir la concentracioacuten del mismo en los gases que lo contengan para lo cual se pueden emplear diferentes meacutetodos

113 Meacutetodos para la desulfuracioacuten del biogaacutes

Desde el comienzo del siglo XX se han desarrollado y estudiado procesos y tecno-logiacuteas relacionados con la puricacioacuten de biogaacutes En la actualidad existe una gran variedad de meacutetodos que brindan la posibilidad de obtener un gas con la calidad deseada Naturalmente los procesos de puricacioacuten afectan los costos de produc-cioacuten y consecuentemente el precio nal de la energiacutea generada

El H2S(g) presente en el biogaacutes puede ser eliminado mediante la utilizacioacuten de diferentes meacutetodos los que pueden clasicarse en funcioacuten del principio uti-lizado en meacutetodos fiacutesico-quiacutemicos y meacutetodos bioloacutegicos Los primeros incluyen fundamentalmente los mecanismos de adsorcioacuten absorcioacuten y el meacutetodo de sepa-racioacuten por membranas

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bull Meacutetodos de puricacioacuten por adsorcioacutenLos procesos de adsorcioacuten tambieacuten llamados de lecho seco son llevados a cabo sobre un material soacutelido jo sobre el cual el H2S(g) es adsorbido Si la supercie utilizada es de oacutexido de hierro (III) y zinc la adsorcioacuten es quiacutemica e irreversible Para casos de supercies de zeolitas o carboacuten activado la adsorcioacuten es fiacutesica por lo tanto los lechos pueden ser regenerados

El proceso de adsorcioacuten ocurre sobre la supercie del adsorbente donde las moleacuteculas son retenidas por fuerzas electrostaacuteticas deacutebiles La reaccioacuten se puede afectar por humedad selectividad temperatura presioacuten y presencia de partiacutecu-las (Fernaacutendez 1999)

Para el caso del carboacuten activado el H2S(g) reacciona con el O2(g) en los poros Esto ocurre a temperaturas bajas y se representa en la ecuacioacuten 11

2H2S(g) + O2(g) = 14 S8(s) + 2H2O(l) ∆H = - 444 kJ (11)

Estos meacutetodos ampliamente utilizados tienen como ventajas principales gran estabilidad teacutermica servicio prolongado empleo de un equipamiento sim-ple faacutecil operacioacuten del sistema de puricacioacuten y posibilidad de una elevada se-lectividad en la eliminacioacuten del H2S(g) Sin embargo tienen como desventajas fundamentales que emplean grandes voluacutemenes de material granulado para pro-cesar mayores ujos de gases y que el proceso de regeneracioacuten requiere de altas temperaturas lo que los hace costosos

bull Meacutetodos de puricacioacuten por absorcioacutenLa absorcioacuten es una operacioacuten en la cual se ponen en contacto una mezcla ga-seosa con un liacutequido que posee propiedades selectivas con respecto a la sustancia que se quiere extraer con el propoacutesito de disolver uno o maacutes componentes del gas y obtener una solucioacuten de estos en el liacutequido Este meacutetodo se basa en la transfe-rencia de masa entre la sustancia gaseosa a depurar y un liacutequido denominado ab-sorbedor que posee propiedades selectivas de absorcioacuten (Horikawa y col 2004)

En muchos casos la misma se produce conjuntamente con una reaccioacuten quiacute-mica que absorbe una sustancia seleccionada seguacuten las caracteriacutesticas quiacutemicas de ambos (Varnero y col 2012) Estos meacutetodos son ampliamente utilizados por su

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alta ecacia y reactividad del H2S(g) con la mayoriacutea de los metales (Silva 2006) Los sistemas maacutes empleados son

a) Absorcioacuten con compuestos inorgaacutenicosLos principales compuestos inorgaacutenicos utilizados son los derivados del hierro las disoluciones basadas en sales de sodio y potasio aacutecidos deacutebiles y catalizado-res especiales para procesos de limpieza de gases agrios Muchas de estas solucio-nes son corrosivas lo que requiere la compra de agentes inhibidores que deben ser introducidos previamente al proceso o durante el mismo Estos agentes antico-rrosivos presentan a su vez una tendencia creciente a formar espuma lo que trae consigo la necesidad de antildeadir antiespumantes encareciendo las opciones (Ro-driacuteguez 2009)

Es posible emplear oacutexido de hierro (III) hidratado para la puricacioacuten de biogaacutes adicioacuten de cloruro de hierro (III) utilizacioacuten de pellets de hierro de re-siduos de la extraccioacuten de niacutequel lavado con solucioacuten de hidroacutexido de sodio asiacute como tambieacuten otros sustratos ldquosecosrdquo tales como oacutexido de zinc (ZnO(s)) soacutelidos alcalinos entre otros (Viacutequez 2010) (Varnero y col 2012)

b) Absorcioacuten con compuestos orgaacutenicosLos compuestos orgaacutenicos maacutes utilizados en los procesos de puricacioacuten de gases agrios son las aminas pudieacutendose encontrar en el mercado soluciones de este tipo que van desde aminas primarias hasta terciarias pasando por mezclas en mayor o menor medida apropiadas para cada caso en particular Las aminas pueden com-binarse con facilidad a traveacutes del grupo amino (NH2)

+ con el CO2(g) y el H2S(g) formando hidroacutegenocarbonato de amonio y sulfuro de amonio respectivamente (Rodriacuteguez 2009) Estos procesos operan usualmente a temperatura hasta 48degC La hidroxi-amino etilester es auacuten menos corrosiva y no forma espuma de ahiacute que se preera para la puricacioacuten de gases (Varnero y col 2012)

Varios autores consideran que el proceso de absorcioacuten con aminas es de los maacutes ecientes se puede lograr la regeneracioacuten de la amina y tienen muy bajas peacuterdidas de CH4(g) Sin embargo tiene como desventajas que es necesario sumi-nistrar calor para la regeneracioacuten se pueden presentar problemas de corrosioacuten existen posibles formaciones de espumas descomposicioacuten y envenenamiento de

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aminas por la presencia de O2(g) y otras sustancias quiacutemicas (Rodriacuteguez 2009) (Morero 2011)

Otros productos orgaacutenicos utilizados para la reduccioacuten del contenido de CO2(g) y de H2S(g) en el biogaacutes son el Towsend en el que se emplea etilengli-col con dioacutexido de azufre y el Purox donde se aplica una solucioacuten de amonio de hidroquinona La regeneracioacuten del absorbente se lleva a cabo usualmente me-diante calentamiento de la solucioacuten con disminucioacuten de la solubilidad y despren-dimiento de un gas concentrado en sulfuro (Rodriacuteguez 2009)

Este meacutetodo tiene como ventajas que requiere poca infraestructura es de re-lativamente bajo costo y las peacuterdidas de CH4(g) son bajas (menores al 2) Ade-maacutes permite a la planta ajustarse a los cambios de presioacuten y temperatura Sin embargo tiene como desventajas que propicia el atascamiento por el crecimiento bacterial formacioacuten de espumas y baja exibilidad a las variaciones en el gas de entrada (Morero 2011)

c) Absorcioacuten con aguaEste meacutetodo es poco eciente en la remocioacuten de H2S(g) de corrientes gaseosas por las bajas temperaturas y altas presiones de trabajo que encarecen los costos de ope-racioacuten y es denominado tambieacuten fregado o limpieza huacutemeda

El absorbente utilizado es el agua el cual se pone en contacto con el biogaacutes a puricar en torres o columnas Las temperaturas de operacioacuten suelen ser de 5 a 10degC aunque tambieacuten se operan a temperatura ambiente siendo las presiones de trabajo mayores de 1 726 kPa (Varnero y col 2012)

En Cuba se ha desarrollado una tecnologiacutea para la compresioacuten y puricacioacuten de biogaacutes empleando este meacutetodo Para su aplicacioacuten los procesos de absorcioacuten y de desgasicacioacuten se realizan a temperatura ambiente obtenieacutendose simultaacutenea-mente CH4(g) y CO2(g) con maacutes del 95 y 85 de pureza respectivamente En esta tecnologiacutea se propone el tratamiento previo de biogaacutes con limallas de hierro y virutas de madera para desulfurar el combustible (Fernaacutendez 2004)

La mayoriacutea de los meacutetodos basados en procesos de absorcioacuten se apoyan en la utilizacioacuten de reactivos quiacutemicos lo que diculta su aplicacioacuten en Cuba pues los costos de adquisicioacuten de los absorbentes y antiespumantes seriacutean altos siendo tecnologiacuteas muy costosas Por otra parte el clima cubano es muy huacutemedo

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provocando la raacutepida oxidacioacuten y deterioro de los compuestos de hierro haciendo ineciente la metodologiacutea de puricacioacuten que los usa

bull Meacutetodos bioloacutegicosEstos procesos poseen una serie de ventajas sobre los meacutetodos fiacutesico - quiacutemicos como bajos costos de inversioacuten y de operacioacuten ya que utilizan equipos sencillos y de bajo consumo de reactivos Generalmente operan a moderadas temperaturas y condiciones ambientales por lo que tienen menor consumo energeacutetico tienen alta especicidad por el sustrato a remover y no provocan peacuterdidas en el poder ca-loacuterico del combustible tratado (Rodriacuteguez 2009)

El mantenimiento de un cultivo puro o mixto denido a gran escala su al-macenamiento y transportacioacuten eleva los costos del proceso Normalmente para llevarlos a cabo se necesitan materiales de construccioacuten especiales para mantener condiciones aseacutepticas operaciones de cultivo recirculacioacuten y recuperacioacuten de la biomasa para los procesos de arrancada y de operacioacuten entre otras barreras No obstante este meacutetodo tiene como desventaja el desconocimiento de los microor-ganismos que podriacutean aumentar la velocidad del proceso para elevar la competi-tividad del mismo a escala industrial (Rodriacuteguez 2009) (Varnero y col 2012)

bull Meacutetodo de separacioacuten por membranasEn la literatura (Harasimowicz y col 2007) (Naszaacutelyi y col 2007) se repor-tan numerosas aplicaciones de las membranas en el tratamiento de gases con pre-sencia de H2S(g) Las membranas empleadas hasta el momento son muy fraacutegiles y tienen poros excesivamente pequentildeos por lo que se requiere que el gas de en-trada a las membranas esteacute limpio de material particulado Estos sistemas gene-ralmente son adecuados para aplicaciones a pequentildea escala y desde 1999 se han obtenido resultados satisfactorios en estudios a nivel piloto en los que se han em-pleado membranas de poliamida y acetato de celulosa siendo efectivas en la re-mocioacuten de CO2(g) y H2S(g) del biogaacutes (Fernaacutendez 1999) (Harasimowicz y col 2007) (Kusworo y col 2007) (Nawbi 2008) (Stern 2008)

Los materiales maacutes empleados en la siacutentesis de membranas seguacuten reporta la literatura (Baker 2002) (Mulder 2004) (Kusworo y col 2007) son los poliacuteme-ros sinteacuteticos tales como polisulfona polietersulfona poliacrilonitrilo eacutesteres de

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celulosa poliamidas alifaacuteticas y polietercetona Estas membranas presentan eleva-dos costos tasas de ujo pequentildeas y tiempo de vida uacutetil limitado Actualmente se estaacuten desarrollando nuevos materiales polimeacutericos por modicacioacuten en la estruc-tura de aquellos poliacutemeros convencionales tendiendo a incrementar el ujo a tra-tar a traveacutes de la membrana a presiones reducidas aumentando asiacute su tiempo de vida (Vainrot y col 2008) (Tang y col 2009)

Un aspecto a destacar al considerar las membranas utilizadas en los proce-sos de separacioacuten es la preponderancia de los poliacutemeros como materiales para la fabricacioacuten de las mismas Sin embargo hace ya algunos antildeos se estaacuten desarro-llando a nivel comercial membranas totalmente inorgaacutenicas las cuales presentan mayor resistencia a la temperatura y a factores de tipo quiacutemico (agentes oxidantes disolventes variaciones de pH) comunes en la limpieza de los sistemas de micro y ultraltracioacuten y que suponen una de las principales causas de deterioro de las membranas polimeacutericas (El Kinani y col 2004) (Battersby y col 2009) (Ping y col 2012) (Funke y col 2012)

La autora considera que la aplicacioacuten de meacutetodos como el de separacioacuten por membranas constituye en la actualidad una alternativa favorable dentro de los meacutetodos de puricacioacuten pero el hecho de emplear materiales sinteacuteticos para su conformacioacuten eleva su costo de adquisicioacuten siendo esta la razoacuten fundamental por la que dicho meacutetodo no se aplica en paiacuteses en viacuteas de desarrollo como Cuba

114 Experiencias de Cuba en la desulfuracioacuten del biogaacutes

En Cuba se trabaja en el tema desde la deacutecada de los 90 del siglo XX reportaacuten-dose en 1999 un meacutetodo simple y econoacutemico para la remocioacuten de H2S(g) pre-sente en el biogaacutes y gas acompantildeante del petroacuteleo (GAP) Este consiste en poner en contacto el gas combustible con un residual liacutequido en presencia de peque-ntildeas cantidades de O2(g) (menor del 5 del gas combustible) (Fernaacutendez 1999) (Rodriacuteguez 2009) El empleo de residuales liacutequidos permite que el sistema no re-quiera de inoculacioacuten lo cual constituye una ventaja frente al resto de los meacuteto-dos bioloacutegicos consultados El meacutetodo bioloacutegico patentado (Fernaacutendez 2004) resulta una alternativa muy ventajosa si se compara con los meacutetodos fiacutesico ndash quiacute-micos y bioloacutegicos reportados hasta la actualidad teniendo en cuenta que no

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consume reactivos quiacutemicos sino que aprovecha residuales liacutequidos contaminan-tes (domeacutesticos y porcinos) para tratar gases con concentraciones de H2S(g) por encima del valor normado internacionalmente Este meacutetodo tiene bajos costos de aplicacioacuten es factible y con accesibilidad y en el 2009 se presentaron los resulta-dos de una investigacioacuten dirigida a estudiar el meacutetodo y su modicacioacuten para ser aplicado en otros equipos de contacto gas ndash liacutequido tradicionales y tratar gran-des cantidades de gases combustibles (18 a 15 000 m3diacutea) logrando disminuir el tiempo de residencia del gas en el interior del reactor lo que implicariacutea el empleo de reactores de grandes voluacutemenes para tratar ujos volumeacutetricos iguales en par-ticular de GAP (Rodriacuteguez 2009)

En la actualidad uno de los meacutetodos empleados en Cuba es el de absorcioacuten a partir de oacutexido de hierro (III) (Fe2O3(s)) Se trabaja con camas empacadas lle-nas de virutas de acero provenientes de los trabajos de torneriacutea o fresado gene-ralmente de doble etapa Los resultados alcanzados a largo plazo no han sido los deseados debido a la corrosioacuten existente en las instalaciones y las roturas de com-presores y tanques (Diacuteaz-Pintildeoacuten 2013)

Estos resultados desfavorables pudieran explicarse a partir de lo planteado por investigadores del Instituto de Energiacutea de Hanoi quienes comprobaron que la reaccioacuten del hierro con el H2S(g) es muy lenta y por tanto al pasar el biogaacutes por las camas empacadas praacutecticamente no hay remocioacuten de H2S(g) Para hacer maacutes ecaz este meacutetodo es preciso limpiar las virutas con detergente y posterior-mente lavarlas con una solucioacuten de aacutecido clorhiacutedrico (HCl(ac)) al 5 durante 5 a 10 minutos Luego se realiza de manera similar la operacioacuten con hidroacutexido de sodio (NaOH(ac)) y se logra aumentar la eciencia del proceso hasta un 56 (Diacuteaz-Pintildeoacuten 2013) Este porcentaje de remocioacuten de H2S(g) no es suciente para que el empleo del biogaacutes no ocasione dantildeos a la salud humana el medio ambiente y los materiales de construccioacuten Ademaacutes la aplicacioacuten de este meacutetodo en Cuba tiene como desventaja que el clima nacional es muy huacutemedo provocando la raacute-pida oxidacioacuten y deterioro de los compuestos de hierro haciendo ineciente este meacutetodo de puricacioacuten

En la literatura consultada (Lorenzo y col 2014) se plantea un meacutetodo cu-bano para la generacioacuten de biogaacutes a partir de las vinazas de una destileriacutea de 500 hL etanoldiacutea Para la desulfuracioacuten del biogaacutes se reporta el empleo de un meacutetodo fiacutesico

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ndash bioloacutegico no obstante no se reporta si el biogaacutes puricado cumple con el LMP para el H2S(g) seguacuten establece la norma internacional vigente (NOM-137-SE-MARNAT-2003 2003) Ademaacutes es de esperar que la combinacioacuten de un meacute-todo fiacutesico con uno bioloacutegico encarezca los costos de inversioacuten y operacioacuten de esta planta aspecto desfavorable atendiendo a las condiciones econoacutemicas de Cuba

En general son diversos los meacutetodos que se reportan para la puricacioacuten de biogaacutes dentro de sus desventajas maacutes importantes estaacuten los altos costos de in-versioacuten de los meacutetodos de adsorcioacuten y absorcioacuten debido a la adquisicioacuten de ad-sorbentes y reactivos siendo otra limitante la humedad del clima cubano para aquellos meacutetodos que emplean hierro y el elevado consumo energeacutetico para el meacutetodo de despojamiento con agua Ademaacutes para el meacutetodo bioloacutegico auacuten se desconocen los microorganismos que podriacutean incrementar la competitividad de este a escala industrial Por otro lado el meacutetodo de separacioacuten con membranas es cada diacutea maacutes usado pero el hecho de emplear materiales sinteacuteticos hace que se eleve el costo de adquisicioacuten por lo que la buacutesqueda de materiales que no sean sinteacuteticos para la siacutentesis de las membranas podriacutea ser una alternativa atractiva desde el punto de vista econoacutemico

12 Membranas

Las membranas son barreras delgadas entre dos fases a traveacutes de las cuales bajo la accioacuten de una fuerza directora (normalmente una diferencia de presioacuten o de con-centracioacuten) tiene lugar un transporte (Benito y col 2004) (Berstad 2012) De-bido a esa fuerza conductora la membrana puede discriminar entre dos tipos de moleacuteculas por diferencias de tamantildeo de forma de estructura quiacutemica de carga entre otras (Fievet y col 2006) (Matsumoto y col 2007) (Palacio 2014)

Los procesos de separacioacuten con membranas se clasican seguacuten los diaacutemetros de poro en ltracioacuten (maacutes de 104 nm) microltracioacuten (entre 102 y 104 nm) ul-traltracioacuten (entre 1 y 102 nm) y oacutesmosis inversa (menores de 1 nm) (Benito y col 2004) (Mulder 2004) (Vainrot y col 2008) (Tang y col 2009) (Casis y col 2010) Otros procesos que ya tienen aplicacioacuten industrial son diaacutelisis elec-trodiaacutelisis pervaporacioacuten y permeacioacuten de gases (El Kinani y col 2004) (Gar-ciacutea 2009)

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La tecnologiacutea de membranas es una teacutecnica que se adecua a las necesidades existentes y que presenta ventajas frente a otros procesos de separacioacuten se puede realizar de forma continua el consumo de energiacutea es generalmente bajo la sepa-racioacuten se puede llevar a cabo en condiciones poco agresivas es faacutecil el escalado las propiedades de las membranas son variables y se pueden ajustar a las necesidades en muchas ocasiones no se necesitan aditivos entre otras (Palacio y col 2000) (Lin y Chung 2001) (Romero y col 2011) (Palacio 2014)

Desde el punto de vista industrial se sentildeala la facilidad de combinar los procesos de membranas con otros de separacioacuten asiacute como la relativa facili-dad de tratar voluacutemenes diferentes (de mililitros a metros cuacutebicos de uido) sin variar demasiado el equipamiento necesario para la separacioacuten En contra-posicioacuten desde el punto de vista cientiacuteco la ventaja maacutes interesante de las membranas es la posibilidad de disentildear materiales y procesos para una apli-cacioacuten concreta debido a la amplia variedad de materias primas y congu-raciones disponibles (Macanaacutes 2006) (Faucheux y col 2008) (Rebollar y col 2010)

No obstante las virtudes expuestas anteriormente son generales pero no son estrictamente compartidas por todos y cada uno de los procesos que utilizan membranas Asiacute existen casos concretos en los que la energiacutea necesaria para llevar a cabo la separacioacuten es un obstaacuteculo importante para la extensioacuten industrial del proceso (por ejemplo en electrodiaacutelisis) Otros procesos implican necesariamente la adicioacuten de aditivos para mejorar el funcionamiento del proceso de separacioacuten o para evitar el ensuciamiento que puede mermar las propiedades separadoras de las membranas (Zapata 2006)

Los procesos de membranas presentan de manera general una serie de in-convenientes intriacutensecos que implican la necesidad de la investigacioacuten en este campo (Marchese y col 2000) (Benito y col 2004) Algunas de las principales dicultades son (Palacio 2014) el ensuciamiento de las membranas el tiempo de vida uacutetil de algunas membranas es corto y en ocasiones tienen baja selectividad

Al mismo tiempo aunque la variedad de membranas existente es muy am-plia y su modicacioacuten es sencilla todaviacutea no se dispone de las membranas maacutes adecuadas para determinados procesos (por ejemplo para pilas de combustible) (Macanaacutes 2006)

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121 Clasicacioacuten

Las membranas se pueden clasicar atendiendo a diferentes criterios siendo los maacutes comunes naturaleza y estructura (Mulder 2004) (Sotto 2008) Seguacuten su naturaleza las membranas se distinguen como bioloacutegicas y sinteacuteticas (gura 11 (a)) Las primeras se dividen en vivas y no vivas Estas membranas resultan de vital importancia en los procesos de separacioacuten biotecnoloacutegicos que se desarro-llan en la actualidad en los campos meacutedico y farmaceacuteutico

Por otro lado las membranas sinteacuteticas se clasican en inorgaacutenicas polimeacutericas liacutequidas y compuestas Una caracteriacutestica que distingue a las membranas inorgaacutenicas es que son muy estables quiacutemica y teacutermicamente Ademaacutes exhiben una alta resisten-cia a la presioacuten y son inertes ante la degradacioacuten microbioloacutegica Sin embargo el uso de membranas inorgaacutenicas a nivel industrial es limitado debido a su fragilidad y a su baja relacioacuten supercievolumen ademaacutes de que econoacutemicamente no son rentables por su alto costo Todo esto conlleva a que su campo de aplicacioacuten esteacute restringido a aquellos procesos donde no resulta viable la utilizacioacuten de membranas polimeacutericas

Por otra parte las membranas orgaacutenicas son econoacutemicamente asequibles por su precio pero presentan graves deciencias en lo que se reere a resistencias me-caacutenica teacutermica y quiacutemica (Sotto 2008)

En cuanto a la estructura las membranas se dividen en dos grandes grupos macroscoacutepicas y microscoacutepicas (gura 11 (b))

Figura 11 Clasicacioacuten de las membranas a) Atendiendo a su naturaleza b) Atendiendo a su estructura (Sotto 2008)

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Acerca de su morfologiacutea se distinguen en las membranas dos tipos de con-guracioacuten simeacutetricas y asimeacutetricas Las simeacutetricas son membranas homogeacuteneas en todas las direcciones mientras que las asimeacutetricas poseen una estructura no uni-forme en todo su espesor A su vez cada una de ellas puede ser de dos tipos poro-sas y no porosas Esta clasicacioacuten es importante dado a que en funcioacuten del tipo de porosidad el mecanismo de separacioacuten seraacute diferente (Sotto 2008)

A partir de la denicioacuten de tamantildeos de poros adoptada por la Unioacuten Interna-cional de Quiacutemica Pura y Aplicada (IUPAC) (1985) se denominan macroporos tamantildeo de poro superior a 50 nm mesoporos tamantildeo de poro en el intervalo de 2 a 50 nm y microporos tamantildeo de poro inferior a 2 nm (Logan 1999) (Beniacutetez 2002) (Benito y col 2004) (Mulder 2004) (Sotto 2008) (Basu y col 2010)

Las membranas pueden clasicarse tambieacuten por el tipo de sustancias sepa-radas y por las fuerzas directoras empleadas es decir seguacuten el proceso de separa-cioacuten que involucre (Sotto 2008) Con el propoacutesito de optimizar la utilizacioacuten de los diversos tipos de membranas existentes en el mercado y sus diferentes aplica-ciones industriales posibles se hace necesario un conocimiento previo y amplio de las caracteriacutesticas y posibilidades de dichos ltros (Hernaacutendez y col 1999) (Calvo y col 2000)

122 Caracterizacioacuten

La caracterizacioacuten de una membrana consiste fundamentalmente en la determi-nacioacuten de su estructura y comportamiento funcional Se realiza con el objetivo de ayudar a predecir el comportamiento de la membrana durante un proceso de separacioacuten determinado Cuanto maacutes amplia sea la caracterizacioacuten y mayor nuacute-mero de paraacutemetros sean determinados maacutes precisa podraacute ser la prediccioacuten que se realice Los paraacutemetros de caracterizacioacuten se dividen en dos grandes grupos es-tructurales y funcionales

La caracterizacioacuten estructural supone fundamentalmente la determinacioacuten experimental de los siguientes paraacutemetros morfologiacutea y tamantildeo medio de los poros expresados generalmente mediante un factor de forma y un valor de radio o de diaacutemetro de poro equivalente porosidad en volumen tortuosidad ya que en general los poros no son ciliacutendricos de forma que el aacuterea ocupada en la supercie

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no se corresponde despueacutes con el volumen ocupado en el interior de la mem-brana entre otras caracteriacutesticas (Zapata 2006)

Una de las teacutecnicas maacutes empleadas en la actualidad para la caracterizacioacuten es-tructural de las membranas es la Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido (MEB) ya que permite obtener imaacutegenes tanto de la supercie como de secciones transver-sales de la membrana El microscopio electroacutenico de barrido utiliza electrones en lugar de luz para formar una imagen Esto facilita la observacioacuten y el anaacutelisis de supercies suministrando informacioacuten acerca del relieve la textura el tamantildeo la forma de los materiales y la composicioacuten quiacutemica de los constituyentes de la su-percie analizada (Torres y Mora 2010)

Las principales ventajas de esta teacutecnica son una elevada resolucioacuten una am-plia profundidad de campo (permite el estudio de muestras rugosas) y la po-sibilidad de combinacioacuten con teacutecnicas de anaacutelisis espectroscoacutepico El principal inconveniente reside en que es necesario realizar una preparacioacuten de la muestra (Benito y col 2004)

El conocimiento de la estructura de las membranas obtenida mediante la MEB es un resultado importante que permite estudiar las interacciones entre el material y el soluto y describir los efectos de la separacioacuten (Li y col 2000) (Wang y col 2003) (Wang y col 2004) Por todo ello conviene conocer la geometriacutea de los poros para asiacute correlacionarla de forma adecuada con sus efectos en el ujo y en los mecanismos de transferencia que tienen lugar en las membranas

En cuanto a la caracterizacioacuten funcional de las membranas dentro de los pa-raacutemetros maacutes importantes se encuentran la permeabilidad de las membranas y los coecientes de difusividad efectiva del uido en el medio poroso entre otras (Be-nito y col 2004) (Zapata 2006)

La permeabilidad (k) es la propiedad global que controla el ujo y como toda propiedad de transporte depende fundamentalmente de propiedades geomeacutetricas y topoloacutegicas del medio tales como la conectividad del espacio conductor la geometriacutea la disposicioacuten espacial de las partes que lo conforman y la proporcioacuten de volumen que ocupan estas partes (Rozas 2002) (Zeng y Grigg 2006)

Numerosas expresiones semianaliacuteticas intentan relacionar la permeabilidad con las propiedades geomeacutetricas y topoloacutegicas de los materiales porosos En la

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literatura consultada (Rozas 2002) (Francesco y col 2004) (Saacutenchez y col 2005) las relaciones de permeabilidad involucran variables como la porosidad la tortuosidad la forma y tamantildeo de las partiacuteculas (en el caso de sistemas particu-lados) el tamantildeo y forma de los intersticios y en enfoques maacutes modernos desde hace una deacutecada las longitudes caracteriacutesticas del espacio poroso

Ademaacutes se considera uacutetil caracterizar el proceso de transferencia de masa en teacuterminos de difusividad efectiva es decir un coeciente de transporte que perte-nece a un material poroso en el que los caacutelculos se basan en el aacuterea total (hueco maacutes soacutelido) normal a la direccioacuten del transporte (Gutieacuterrez 2010)

123 Aplicaciones

Las membranas ocupan actualmente un lugar importante en la separacioacuten de mezclas uidas (tanto de liacutequidos como de gases) con una amplia variedad de aplicaciones en descontaminacioacuten desalacioacuten entre otras (Murad y col 2005) (Ji y col 2013) (Romero y col 2013) El desarrollo de membranas va orien-tado a satisfacer los procesos de ltracioacuten de muchas industrias principalmente la industria alimentaria del papel la biomedicina la petroquiacutemica la nuclear tratamiento de aguas y liacutequidos provenientes de fermentaciones y tratamientos de euentes gaseosos (Benito y col 2004) (Youngsukkasem y col 2013)

En los uacuteltimos tiempos el desarrollo de los equipos de separacioacuten basados en membranas ha incorporado esta tecnologiacutea para la separacioacuten de gases consi-guiendo mejorar la eciencia sobre los procesos convencionales (Feron y Jansen 2002) (Meacutendez y Mendoza 2006) (Sirkar 2008) (Ramasubramanian y Ho 2011) La utilizacioacuten de las membranas en los procesos de separacioacuten de gases co-menzoacute en el antildeo 1970 con la recuperacioacuten de dihidroacutegeno (H2(g)) (Baker 2002) (Hernaacutendez y col 2012) Actualmente la separacioacuten de gases se utiliza para el tratamiento de gases de combustioacuten gas de siacutentesis y el control de las emisiones de gases y captura de CO2(g) Otras aplicaciones industriales incluyen la obten-cioacuten de dinitroacutegeno (N2(g)) o dioxiacutegeno (O2(g)) por separacioacuten del aire la se-paracioacuten de CO2(g) para el control del efecto invernadero la recuperacioacuten de compuestos orgaacutenicos en corrientes de gases mixtos y deshidratacioacuten de gas na-tural (Hernaacutendez y col 1999) (Wang y col 2004) (Herrero 2007) (Zhu y

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col 2008) (Jiang y col 2009) (Liang y col 2010) (Jiang y col 2011) (Pa-lacio 2014)

Uno de los materiales maacutes empleados en la siacutentesis de membranas es la zeolita (Bowen y col 2004) (McLeary y col 2006) (Freeman y col 2008) (Gascoacuten y col 2012) ya que su campo de aplicacioacuten se ha extendido desde los procesos de separacioacuten (Coronas y Santamariacutea 1999) hasta los reactores de membrana (Piera y col 2001) sensores (Mintova y col 1998) y otros microdispositivos (Wan y col 2001) Tambieacuten se han llevado a cabo grandes avances en el caso de procesos de separacioacuten usando membranas de zeolita se pueden encontrar en la actuali-dad algunas aplicaciones industriales como en la deshidratacioacuten de compues-tos orgaacutenicos por pervaporacioacuten (Morigami y col 2001) y la separacioacuten de trazas en gases (Piera y col 2002) Asimismo varios grupos de investigadores muestran la posibilidad de separacioacuten de xilenos (Gump y col 2001) (Baerlocher y col 2002) (Praacutedanos y col 2004) (Krishna y van Baten 2005)

Las membranas se han convertido en una parte importante de la tecnolo-giacutea de separacioacuten en los uacuteltimos decenios (Grupo Lenntech 2011) (Valdeacutes y col 2014) En la literatura consultada (Benito y col 2004) se reportan nume-rosas aplicaciones de las membranas en el tratamiento de gases con presencia de H2S(g) de manera que a nivel mundial existen alrededor de 200 plantas de trata-miento que incorporan membranas en la eliminacioacuten de CO2(g) y H2S(g)

A pesar del gran avance que muestra esta tecnologiacutea a nivel mundial la au-tora considera oportuno precisar que el hecho de realizar la siacutentesis de las mem-branas a partir de materiales sinteacuteticos conlleva a un alto costo de inversioacuten por lo que resulta difiacutecil su adquisicioacuten por paiacuteses en viacuteas de desarrollo como Cuba y buscar opciones diferentes a estos materiales para sintetizarlas pudiera permitir su adquisicioacuten y empleo en estos paiacuteses

13 Conclusiones parciales

1 El biogaacutes es una fuente de energiacutea renovable cuyo empleo se incrementa cada vez maacutes siendo importante su puricacioacuten para disminuir los efec-tos negativos que la presencia del H2S(g) trae consigo

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2 Los meacutetodos empleados en Cuba son insucientes para la puricacioacuten de las cantidades de biogaacutes disponibles actualmente ni permiten que este cumple con el LMP para el H2S(g)

3 Las tendencias actuales del tratamiento del biogaacutes estaacuten encaminadas al incremento del empleo de membranas para la eliminacioacuten del H2S(g) y el CO2(g)

4 El conocimiento de las caracteriacutesticas estructurales y funcionales de las membranas resulta esencial para identicar el mecanismo por el cual ocu-rre el proceso de separacioacuten

5 Las membranas sinteacuteticas utilizadas en la actualidad para la puricacioacuten de biogaacutes tienen altos costos de inversioacuten siendo difiacutecil su adquisicioacuten por paiacuteses en viacuteas de desarrollo como Cuba

En el presente capiacutetulo se describen los materiales y meacutetodos empleados para la siacutentesis y la caracterizacioacuten estructural de las membranas de zeolita natural cu-bana asiacute como las caracteriacutesticas funcionales de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana a escala de laboratorio Se plantean las condiciones de operacioacuten en las que se efectuacutea la puricacioacuten de biogaacutes mostrando el equipo y el procedi-miento que se emplea para determinar la composicioacuten del biogaacutes al inicio y nal del proceso Ademaacutes se describe la metodologiacutea utilizada para la identicacioacuten del mecanismo mediante el cual ocurre la remocioacuten del H2S(g) que permite cal-cular la densidad de ujo molar de H2S(g) que se transere en las membranas y se propone un tratamiento para la limpieza de las mismas Asimismo se plantea el procedimiento para la valoracioacuten econoacutemica del proceso de puricacioacuten de bio-gaacutes empleando las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana

21 Procedimiento para la siacutentesis de las membranas

211 Materias primas

Teniendo en cuenta los resultados de experiencias (Baacutercenas 2009) (Baacutercenas 2014) desarrolladas en la Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica de la Universidad

2 MATERIALES Y MEacuteTODOS

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Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae en este trabajo se realiza la siacutentesis de 20 tipos de membranas diferentes 10 a partir de materia-les viacutetreos de desechos y 10 de zeolita natural cubana como componentes fun-damentales para un total de 420 membranas durante todo el periacuteodo en el que se desarrolla la presente investigacioacuten Las materias primas empleadas seguacuten el tipo de membranas son vidrio de borosilicato o zeolita natural cubana oacutexido de zinc (ZnO(s)) carboacuten vegetal y el etilenglicol como aglutinante

El vidrio de borosilicato con el que se realiza la siacutentesis de las membranas viacute-treas es suministrado por la Unidad Empresarial de Base ldquoVidrios Lisardquo y tiene una composicioacuten media de 80 de oacutexido de silicio (SiO2(s)) 4 de oacutexido de sodio (Na2O(s)) 12 de oacutexido de boro (B2O3(s)) 3 de oacutexido de alumi-nio (Al2O3(s)) 04 de oacutexido de calcio (CaO(s)) y 06 de oacutexido de potasio (K2O(s)) La zeolita natural cubana que se emplea proviene del yacimiento de Ta-sajeras ubicado en la provincia Villa Clara en ella predomina la fase Clinoptilolita y el carboacuten vegetal primario es de Casuarina Ambas materias primas son sumi-nistradas por el Centro de Investigaciones para la Industria Minero Metaluacutergica (CIPIMM) El ZnO(s) y el etilenglicol que se utilizan en la siacutentesis de las mem-branas son reactivos existentes en el Departamento de Ingenieriacutea Quiacutemica de la Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica de la Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae

Las membranas viacutetreas conformadas por (Baacutercenas 2009) (Baacutercenas 2014) teniacutean en su composicioacuten 000 g 079 g y 158 g de ZnO(s) de manera tal que la relacioacuten masa de vidrio de borosilicatomasa de carboacuten vegetal se mantuviera igual a tres ya que se obteniacutean membranas viacutetreas con una consistencia adecuada Partiendo de estos resultados favorables en el presente estudio se realiza por pri-mera vez la siacutentesis de las membranas viacutetreas con masa de ZnO(s) igual a 237 g y 316 g siendo la masa total de cada membrana igual a 2278 g (considerando la masa que aporta el etilenglicol a la mezcla) Se considera este valor para la re-producibilidad de las mismas manteniendo el criterio de las experiencias iniciales y considerando dos intervalos para el diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten vege-tal (Dpc) las partiacuteculas con diaacutemetro menor que 0067 mm y las partiacuteculas cuyo diaacutemetro se encuentra entre 0067 mm y 013 mm tal y como se muestra en la tabla 21 Los valores seleccionados para el diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten

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vegetal se corresponden con los resultados obtenidos por (Baacutercenas 2014) y lo recomendado en la literatura (Silvestre y col 2012) para la obtencioacuten de una es-tructura porosa bien denida y desarrollada para valores de diaacutemetro de partiacutecu-las inferiores a 013 mm

MembranasMasa

de vidrio (g)Masa

de ZnO(s) (g)Masa

de carboacuten (g)Etilenglicol

(Dpc lt 0067) mm

1 1500 000 500 2502 1441 079 480 2503 1382 158 460 2504 1323 237 440 2505 1263 316 421 250

(0067 lt Dpc lt 013) mm

6 1500 000 500 2507 1441 079 480 2508 1382 158 460 2509 1323 237 440 250

10 1263 316 421 250

Tabla 21 Composicioacuten de las membranas viacutetreas

En las membranas de zeolita natural cubana seguacuten se reporta en la tabla 22 no se cumple que la relacioacuten masa de zeolitamasa de carboacuten vegetal sea tres ya que las membranas obtenidas no alcanzaban una consistencia adecuada Es por ello que se realizan pruebas exploratorias con diferentes masas de carboacuten vegetal hasta denir que todas tendriacutean 100 g de carboacuten vegetal siendo la masa total de cada una de estas membranas igual a 2278 g (considerando la masa del etilengli-col) En la tabla A1 de los anexos se reporta el porcentaje maacutesico que representa el ZnO(s) con respecto al material base (vidrio de borosilicato o zeolita natural cubana) de las membranas

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Nunca antes se habiacutea realizado el procedimiento para la siacutentesis de las mem-branas de zeolita natural cubana y es por ello que se solicita la Patente No 142-2014 (Rodriacuteguez y col 2014)

212 Operaciones y equipos empleados

La siacutentesis de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana se realiza a par-tir del procedimiento desarrollado por (Baacutercenas 2009) (Baacutercenas 2014) en las que se llevan a cabo las operaciones siguientes

1 Molienda de las diferentes materias primas hasta obtener la granulome-triacutea deseada

2 Tamizado de las diferentes materias primas hasta obtener el tamantildeo de partiacuteculas necesario

3 Pesado y mezclado de las materias primas4 Prensado de las mezclas que conformaraacuten las membranas

MembranasMasa

de zeolita (g)Masa

de ZnO(s) (g)Masa

(Dpc lt 0067) mm

1 1900 000 100 2702 1821 079 100 2703 1742 158 100 2704 1663 237 100 2705 1584 316 100 270

(0067 lt Dpc lt 013) mm

6 1900 000 100 2707 1821 079 100 2708 1742 158 100 2709 1663 237 100 270

10 1584 316 100 270

Tabla 22 Composicioacuten de las membranas de zeolita natural cubana

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5 Tratamiento teacutermico para la combustioacuten del carboacuten primario y el estable-cimiento de los poros en la estructura de las membranas

La molienda se realiza con el objetivo de disminuir el tamantildeo de las partiacutecu-las por una combinacioacuten de impacto y abrasioacuten (McCabe y col 1998) (Perry y col 1999) La operacioacuten se ejecuta en un molino de bolas planetarias (025 kW 50 Hz 135078 A) perteneciente al CIPIMM En esta operacioacuten se emplean 200 bolas de porcelana con un diaacutemetro promedio de 00248 m (plusmn 00025) con el propoacutesito de obtener una granulometriacutea homogeacutenea Las materias primas se someten a distintos tiempos de molienda debido a la diferencia de dureza entre los materiales para lograr uniformidad entre los tamantildeos de partiacuteculas nales de cada una

Para el tamizado se emplea un juego de tamices de cobre escala Tyler aco-plado a una zaranda de 220 V y 60 Hz Cuando se tamiza vidrio de borosilicato la fraccioacuten que se selecciona son las partiacuteculas que pasan por el tamiz de 0315 mm y se quedan en el de 0160 mm ya que es el intervalo de partiacuteculas con el cual se ha logrado la siacutentesis de las membranas viacutetreas de mejor consistencia (Baacuter-cenas 2009) (Baacutercenas 2014)

Cuando la materia prima a tamizar es el carboacuten vegetal se seleccionan las partiacuteculas con tamantildeo menor que 0067 mm y las que se encuentran entre 0067 mm y 0130 mm El tamizado de la zeolita natural cubana se realiza con el propoacute-sito de seleccionar las partiacuteculas con tamantildeo entre 0160 mm y 0315 mm coin-cidiendo con el tamantildeo de las partiacuteculas de vidrio de borosilicato empleado en la siacutentesis de las membranas viacutetreas

Posteriormente se pesan las fracciones resultantes del tamizado seguacuten las cantidades que se muestran en las tablas 21 y 22 para lo cual se emplea una ba-lanza teacutecnica Sartorius BS 124 S (120 g)

El proceso de mezclado se realiza en un mezclador en ldquoVrdquo BL-8 (40 L capa-cidad uacutetil 66 195 kJ diaacutemetro de carga igual a 152 mm y de la descarga 87 mm) perteneciente al CIPIMM La operacioacuten se realiza en el siguiente orden se mez-clan las proporciones de vidrio de borosilicato o zeolita natural cubana y carboacuten vegetal homogenizando la mezcla luego se antildeade el ZnO(s) y se continuacutea la ho-mogenizacioacuten de la mezcla

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Posteriormente se antildeade el etilenglicol se vuelve a mezclar hasta lograr la homogenizacioacuten denitiva y realizar el prensado con el propoacutesito de confor-mar una membrana plana sin peligro de desmoronamiento a partir de la mezcla preparada que se vierte en el molde (gura C1 de los anexos) La prensa que se emplea es de 60 t modelo W 4-39 y pertenece al Centro de Estudios de la Cons-truccioacuten y Arquitectura Tropical (CECAT) de la Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae Esta ejerce sobre el eacutembolo ubicado en la parte superior del molde que contiene los productos mezclados una fuerza de 50 kN garantizando que las membranas tengan una estructura segura para su manipulacioacuten y puedan ser sometidas al tratamiento teacutermico posteriormente

Las membranas obtenidas en el proceso de prensado se colocan sobre una malla metaacutelica (gura C2 de los anexos) la cual permite que toda su supercie pueda someterse a las diferentes temperaturas en el proceso de tratamiento teacuter-mico Este se realiza en una mua CABOLITE S33 6RB tipo CWF 1123 con temperatura maacutexima de 1 100degC y pertenece al Centro de Estudios de Ingenie-riacutea de Procesos (CIPRO) de la Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica de la Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae Este tiene como ob-jetivo combustionar el carboacuten vegetal antildeadido a las membranas

Teniendo en cuenta las experiencias iniciales en cuanto a la siacutentesis de las membranas viacutetreas el tratamiento teacutermico de las mismas se efectuacutea a partir de lo reportado por (Baacutercenas 2014) seguacuten se muestra en la gura 21

Figura 21 Tratamiento teacutermico aplicado a las membranas viacutetreas (Baacutercenas 2014)

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En las membranas de zeolita natural cubana al no existir experiencias pre-vias fue necesario realizar una buacutesqueda bibliograacuteca con el propoacutesito de conocer las caracteriacutesticas de la zeolita natural cubana con fase predominante Clinoptilo-lita En la literatura consultada (Jordaacuten 2005) (Jordaacuten 2007) se pudo conocer que esta zeolita no debe someterse a temperaturas mayores que 600degC ya que co-mienza a modicarse su estructura Por tanto para la siacutentesis de las membranas de zeolita natural cubana se propone un disentildeo de experimento multinivel facto-rial 4131 con dos reacuteplicas para un total de 36 corridas experimentales tomando los factores y niveles que se reportan en la tabla 23 siendo la variable respuesta la masa total de las membranas de zeolita natural cubana Este se analiza empleando el Statgraphics Centurion XV

Factores Niveles

Temperatura maacutexima en el tratamiento teacutermico (degC) 450 500 550 600Tiempo de exposicioacuten a la maacutexima temperatura (min) 60 90 120

Tabla 23 Factores y niveles para el tratamiento teacutermico en las membranas de zeolita natural cubana

El carboacuten vegetal comienza a combustionar con el dioxiacutegeno del aire pre-sente en la mua a partir de los 450degC desprendiendo gases de combustioacuten creando asiacute los poros en la estructura de las membranas y es por ello que es el valor miacutenimo para la temperatura maacutexima en el tratamiento teacutermico Luego continuacutea incrementaacutendose en 50degC hasta el valor maacuteximo de 600degC porque en la zeolita natural cubana empleada predomina la fase Clinoptilolita Una vez transcurrido el tratamiento teacutermico se deja enfriar lentamente en la propia mua para evitar roturas o grietas en las membranas por choque teacutermico

22 Caracterizacioacuten de las membranas

Como se ha explicado en el capiacutetulo 1 la caracterizacioacuten de las membranas consiste en la determinacioacuten de sus caracteriacutesticas estructurales y funcionales En el presente trabajo en cuanto a las caracteriacutesticas estructurales se realiza la

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determinacioacuten del diaacutemetro de los poros y porosidad de las membranas de zeo-lita natural cubana y la tortuosidad de todas las membranas Ademaacutes para obte-ner las caracteriacutesticas funcionales se efectuacutea el caacutelculo de la permeabilidad de las membranas y la difusividad efectiva del H2S(g) en las mismas

221 Ensayos para determinar el diaacutemetro de los poros

El estudio del diaacutemetro de los poros de las membranas de zeolita natural cubana se lleva a cabo en un Microscopio Electroacutenico de Barrido de la marca TESCAN modelo 5130 SB con analizador de rayos X marca OXFORD INSTRUMENTS modelo INCA 350 Este presenta un detector de rayos X de silicio dopado con litio y utiliza dinitroacutegeno liacutequido como sistema de enfriamiento Con el objetivo de evitar que la carga eleacutectrica resultara intensa las muestras fueron recubiertas con oropaladio (AuPd) mediante un sistema Ion Sputtering marca POLA-RON modelo SC 7620 Durante el trabajo con el equipo se realizaron 10 medi-ciones en las zonas superior e interior de 10 membranas de zeolita natural cubana para determinar el diaacutemetro promedio de los poros utilizando el programa Mi-crograph El anaacutelisis del radio de los poros para las 10 membranas viacutetreas se rea-liza a partir de los resultados del grupo de investigacioacuten (Gonzaacutelez 2014) (Viera 2015) los cuales se reportan en la tabla 24

Tabla 24 Radio promedio de los poros de las membranas viacutetreas (Viera 2015)

Masa de ZnO(s) (g)

000 079 158 237 316

(Dpc lt 0067) mm

r 106 (m)2580

(plusmn0017middot10-6)2490

(plusmn0017middot10-6)(0067 lt Dpc lt 013) mm

r 106 (m)3670

(plusmn0016middot10-6)

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Con el propoacutesito de conocer si existe inuencia signicativa de la masa de ZnO(s) y el diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten vegetal en el radio de los poros de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana se realiza el anaacutelisis de va-rianza partiendo de dos disentildeos de experimento 51middot21 empleando el Statgraphics Centurion XV El meacutetodo que se utiliza para discriminar entre las medias es el procedimiento de diferencia miacutenima signicativa (LSD) de Fisher Los niveles considerados para cada uno de los factores se reportan en la tabla 25

Factores Niveles

Masa de ZnO(s) (g) 0 079 158 237 316Diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten (Dpc) (mm) lt 0067 0067-013

Tabla 25 Factores y niveles de los disentildeos de experimento para el radio de los poros de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana

222 Ensayos para determinar porosidad y tortuosidad

La porosidad (ε) de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana se deter-mina a partir de la ecuacioacuten 21 (Perry y col 1999) (Sing y Schuumlth 2002) (Po-lezhaev 2011) Para esto se emplean 50 membranas viacutetreas y 50 de zeolita natural cubana realizando el pesaje de cada una de las membranas una vez conformadas Luego se les hace pasar un ujo continuo (10 Lh) de agua destilada a traveacutes de las mismas utilizando el sistema experimental que se muestra en la gura C3 de los anexos teniendo en cuenta experiencias previas del grupo de investigacioacuten (Gon-zaacutelez 2014) Posteriormente se efectuacutea el pesaje de las membranas huacutemedas Este procedimiento se repite tres veces para cada una de las membranas

ε=Vh frasl Vt (21)Dondeε Porosidad de la membrana (-) Vh Volumen de los huecos (m3)Vt Volumen total de la membrana (m3)

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Con la diferencia de masa entre las membranas huacutemedas y las secas se deter-mina el volumen de huecos seguacuten la ecuacioacuten 22 y el volumen total se determina a partir de las dimensiones de las membranas

Vh= (mmhuacutemeda - mmseca) frasl ρH2O (22)Dondemmhuacutemeda Masa de la membrana huacutemeda (g)mmseca Masa de la membrana seca (una vez terminado el tratamiento teacuter-

mico) (g)ρH2O Densidad del agua (gm3)La tortuosidad (τ) es usualmente denida (ecuacioacuten 23) como la razoacuten

entre la longitud real que debe recorrer una partiacutecula de uido para unir dos pun-tos en el seno del medio poroso (l) y la distancia en liacutenea recta entre dichos pun-tos (l0) (gura 22)

Figura 22 Representacioacuten de la tortuosidad (Horacio 2004)

La tortuosidad depende de la porosidad y generalmente no puede ser medida de manera experimental de ahiacute que se empleen para su determinacioacuten modelos matemaacuteticos como el mostrado en la ecuacioacuten 24 (Geankoplis 1998) (Geanko-plis 2003) (Horacio 2004) (Saacutenchez y col 2005)

τ=1 frasl ε (24)

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223 Procedimiento para la determinacioacuten de la permeabilidad

La ecuacioacuten fundamental para representar el movimiento de un uido a traveacutes de un medio poroso es la ley de Darcy (Loacutepez 2005) (Abu-Ein 2009) la cual ha sido ampliamente utilizada como ecuacioacuten de transferencia de cantidad de mo-vimiento para describir al medio poroso con ujo unidireccional (Vafai 2000) (Loacutepez 2005) (Zeng y Grigg 2006) Esta ley revela una proporcionalidad entre la velocidad de ujo y la diferencia de presioacuten aplicada seguacuten la ecuacioacuten 25

DondeU Velocidad del uido (ms) k Permeabilidad del medio poroso (m2) Gradiente de presioacuten en la direccioacuten del ujo γ Viscosidad cinemaacute-

tica del uido (m2s)

Para la postulacioacuten de la ley de Darcy se han hecho varias consideraciones tales como ignorar los efectos inerciales las peacuterdidas por friccioacuten y se han consi-derado solamente la caiacuteda de presioacuten y las fuerzas volumeacutetricas Por lo tanto esta ley es vaacutelida solamente para pequentildeas velocidades de ujo (Loacutepez 2005) (Berg 2013) Esto se verica mediante el caacutelculo del nuacutemero de Reynolds de partiacutecula (Rep) (Zeng y Grigg 2006) (Martiacuten y Font 2011) a partir de la ecuacioacuten 26

Dondeρ Densidad del uido (kgm3) u+ Velocidad supercial del uido (ms) denida como caudal Q (m3s) di-

vidido por la seccioacuten S del cuerpo geomeacutetrico (πD24) siendo D el diaacute-metro de la membrana

dp Diaacutemetro promedio de las partiacuteculas (m) Viscosidad dinaacutemica del uido (Pas)

∙partpω

γ partx

Rep=ρ∙u+∙dp

partpωpartx

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Al emplear la ecuacioacuten 26 si el Rep lt 10 se considera que el reacutegimen es la-minar y si el Rep gt 1000 entonces seraacute el reacutegimen turbulento (Martiacuten y Font 2011) plantean que cuando el uido atraviesa un lecho poroso en reacutegimen exclu-sivamente laminar se emplea la ecuacioacuten de Blake - Kozeny (ecuacioacuten 27) para describir el comportamiento de la peacuterdida de presioacuten

Donde∆P Caiacuteda de presioacuten en el lecho poroso (Pa)L Altura o espesor de la membrana (m) Factor de forma o esfericidad de las partiacuteculas (-)Al comparar la ecuacioacuten 27 con la ley de Darcy (∆PL) asymp -(dpdx) (Mar-

tiacuten y Font 2011) se deduce la ecuacioacuten 28 para el caacutelculo de la permeabilidad

Despueacutes de determinar la porosidad de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana seguacuten se describe en el subepiacutegrafe 222 se calcula mediante la ecuacioacuten 28 la permeabilidad de las 50 membranas viacutetreas y 50 membranas de zeolita natural cubana para obtener el valor promedio

224 Procedimiento para calcular la difusividad efectiva del H2S(g) en las membranas

Varios autores (Beniacutetez 2002) (Geankoplis 1998) (Levenspiel 1999) (Treybal 2001) (Webb 2006) (Bird y col 2007) coinciden en que la difusividad efec-tiva de un componente de un uido en el medio poroso estaacute estrechamente re-lacionada con las caracteriacutesticas estructurales del mismo y se obtiene a partir de la ecuacioacuten 29

(29)DondeDA ef Difusividad efectiva del H2S(g) en el medio poroso (m2s) DAB Difusividad del H2S(g) en la mezcla de CH4(g) y CO2(g) (m2s)

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El valor de DAB se calcula mediante la ecuacioacuten 210 deducida por Wi-lke-Lee y es aplicable a mezclas de gases no polares o mezclas de gas polar con no polar (Treybal 2001)

Siendo MA y MB Masa molar del H2S(g) y masa molar promedio de la mezcla de

CH4(g) y CO2(g) respectivamente (kgkmol)T Temperatura absoluta del sistema (K)Pt Presioacuten total absoluta del sistema (atm)rAB Separacioacuten molecular de colisioacuten () y se obtiene mediante las ecuacio-

nes 211 y 212f (K∙T frasl ϵAB Funcioacuten de colisioacuten se determina a partir del procedimiento que

se plantea en la literatura (Treybal 2001)

DonderAB Radio de la moleacutecula (Aring)v Volumen molar del biogaacutes (cm3mol) a su temperatura normal de ebullicioacuten

Una vez que se conocen la porosidad y tortuosidad de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana y la difusividad del H2S(g) en la mezcla de CH4(g) y CO2(g) se calcula a partir de la ecuacioacuten 29 la difusividad efectiva del H2S(g) en las 50 mem-branas viacutetreas y 50 membranas de zeolita natural cubana hallando el valor promedio

23 Sistema experimental empleado en la puricacioacuten de biogaacutes a escala de laboratorio

Una vez obtenidas las membranas estas se emplean en un sistema experimental con el propoacutesito de conocer su eciencia en la remocioacuten de H2S(g) presente en el

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biogaacutes Para ello se cuenta con una bolsa de nailon STEDIM de 50 L de capaci-dad a temperatura ambiente y 1013 kPa que contiene biogaacutes obtenido a partir de heces de ganado vacuno por investigadores y estudiantes del Grupo de Inge-nieriacutea Ambiental perteneciente al CIPRO Esta bolsa se conecta a un sistema cerrado conformado por un ujoacutemetro (marca Gracco Gear Assy G3000 Me-ter-Part Number 239-716 (5-230 Lh)) un soporte para las membranas y un conjunto de seis bolsas de nailon STEDIM de 1 L (temperatura ambiente y 1013 kPa) Para las conexiones se emplean mangueras de silicona y presillas garanti-zando la hermeticidad del sistema (gura 23)

En este sistema las membranas se colocan en el interior del soporte Una vez realizadas todas las conexiones y selladas se abre la vaacutelvula para que circule el biogaacutes Antes de comenzar el proceso de puricacioacuten se procede a determinar la concentracioacuten de CH4(g) CO2(g) y H2S(g) inicial y una vez concluido se deter-minan las concentraciones de CH4(g) CO2(g) y H2S(g) nal presentes en el bio-gaacutes recolectado en las seis bolsas

Figura 23 Sistema experimental empleado en la puricacioacuten de biogaacutes a escala de laboratorio

LeyendaB1 Bolsa de 50 L STEDIM con biogaacutes (temperatura ambiente y 1013 kPa) S So-plador F Rotaacutemetro (marca Gracco Gear Assy G3000 Meter-Part Number 239-716 (5-230 Lh)) SM Soporte para las membranas B2 Seis bolsas STEDIM de 1 L (tem-peratura ambiente y 1013 kPa) V Vaacutelvulas

231 Caracterizacioacuten del biogaacutes y caacutelculos fundamentales relacionados con el proceso de puricacioacuten de biogaacutes

Para determinar la composicioacuten del biogaacutes se emplea un analizador portaacutetil auto-maacutetico modelo MX21 (0 ndash 200 mgL) (gura C4 de los anexos) que cuenta con

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detectores de CH4(g) CO2(g) y H2S(g) entre otros gases Para conocer la com-posicioacuten del biogaacutes se acopla la bolsa que lo contiene a la entrada del equipo el cual se conecta para proceder a la lectura en la pantalla del mismo El biogaacutes con el cual se realizan las corridas experimentales tiene como promedio una compo-sicioacuten inicial de 65 de CH4(g) 33 de CO2(g) 178 de H2S(g) y 02 de otros gases

Luego de conocer la concentracioacuten inicial y nal de CH4(g) CO2(g) y H2S(g) presentes en el biogaacutes se calcula el porcentaje de remocioacuten de cada uno de estos componentes mediante la ecuacioacuten 213

Ademaacutes se obtiene el ujo volumeacutetrico de H2S(g) inicial y nal en el biogaacutes una vez efectuado el proceso de puricacioacuten seguacuten se plantea en la ecuacioacuten 214

SiendoQ V (H2S)if Flujo volumeacutetrico de H2S(g) inicial y nal en el biogaacutes respec-

tivamente (Lh)xAif Fraccioacuten volumeacutetrica de H2S(g) inicial y nal en el biogaacutes respectiva-

mente (-)Qop Flujo de operacioacuten del sistema de puricacioacuten de biogaacutes (Lh) conside-

rando que se mantiene praacutecticamente constantePor tanto a partir de las ecuaciones 215 y 216 se calcula el ujo maacutesico de

H2S(g) inicial y nal en el biogaacutes y la masa de H2S(g) que se remueve por hora en el proceso de puricacioacuten de biogaacutes respectivamente

DondeQm(H2S)if Flujo maacutesico de H2S(g) inicial y nal en el biogaacutes respectiva-

mente (gh)

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d (H2S) Densidad del H2S(g) (gL)m (H2S)remueve=Qm (H2S) i-Qm (H2S) f (216)Siendo m (H2S)remueve Masa de H2S(g) que se remueve por hora en el proceso de pu-

ricacioacuten de biogaacutes (gh)El conocimiento de la masa de H2S(g) que se remueve por hora en el proceso

de puricacioacuten de biogaacutes empleando las membranas viacutetreas y de zeolita natural cu-bana permite realizar caacutelculos relacionados con el proceso tales como a partir de la ecuacioacuten 217 se calcula la relacioacuten entre la masa de H2S(g) que se remueve por hora en el proceso de puricacioacuten de biogaacutes con respecto a la suma de la masa de vidrio de borosilicato o zeolita natural cubana y la masa del ZnO(s) empleadas en la siacutentesis de estas membranas seguacuten informacioacuten de las tablas 21 y 22

Donde Relacioacuten entre la masa de H2S(g) que se remueve por hora en

el proceso de puricacioacuten de biogaacutes con respecto a la suma de la masa de vidrio de borosilicato o zeolita natural cubana y la masa del ZnO(s) empleadas en la siacutentesis de estas mem-branas

m (Vidrio o zeolita + ZnO) Suma de la masa de vidrio de borosilicato o zeo-lita natural cubana y la masa de ZnO(s) em-pleadas en la siacutentesis de estas membranas (g)

Ademaacutes si se conoce el volumen de H2S(g) que se remueve por hora en el proceso de puricacioacuten de biogaacutes (ecuacioacuten 218) se obtiene la relacioacuten entre este y el volumen de las membranas viacutetreas o de zeolita natural cubana seguacuten se plan-tea en la ecuacioacuten 219

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SiendoV (H2S)remueve Volumen de H2S(g) que se remueve por hora en el proceso de

puricacioacuten de biogaacutes (Lh)

Donde Relacioacuten entre el volumen de H2S(g) que se remueve por hora en el

proceso de puricacioacuten de biogaacutes con respecto al volumen de las membranas viacutetreas o de zeolita natural cubana

Vm Volumen de las membranas viacutetreas o de zeolita natural cubana (m3) y se obtiene a partir de la ecuacioacuten 220

DondeVm Volumen de la membrana (m3)D Diaacutemetro de la membrana (m)L Altura o espesor de la membrana (m)

Tambieacuten se conoce mediante la ecuacioacuten 221 la relacioacuten entre la masa de H2S(g) que se remueve por hora con respecto al volumen de biogaacutes puricado

Donde Relacioacuten entre la masa de H2S(g) que se remueve por hora con respecto

al volumen de biogaacutes puricado

Las ecuaciones anteriormente planteadas permiten comparar el proceso de pu-ricacioacuten de biogaacutes empleando las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana

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232 Condiciones de operacioacuten

Para la operacioacuten del sistema que se muestra en la gura 23 se desarrollan dos disentildeos de experimento 513121 con dos reacuteplicas para un total de 90 corridas ex-perimentales con el propoacutesito de conocer la inuencia de los factores y niveles considerados en la variable respuesta porcentaje de remocioacuten de H2S(g) Tanto para la puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas viacutetreas como membranas de zeolita natural cubana los factores y niveles seleccionados se reportan en la tabla 26

Factores Niveles

Masa de ZnO(s) (g) 0 079 158 237 316Flujo de operacioacuten (Qop) (Lh) 5 10 15

Diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten (Dpc) (mm) lt 0067 0067-013

Tabla 26 Factores y niveles de los disentildeos de experimento para la puricacioacuten de biogaacutes

Los valores para el ujo de operacioacuten del biogaacutes se establecen a partir de los resultados obtenidos en trabajos anteriores (Fernaacutendez 1999) (Rodriacuteguez 2009)

24 Modelos fenomenoloacutegicos considerados en el proceso de puricacioacuten de biogaacutes

En la difusioacuten de gases en soacutelidos porosos se pueden identicar tres tipos de me-canismos de difusioacuten (Geankoplis 1998) (Geankoplis 2003) (Hadjiconstanti-nou 2006) (Webb 2006)

bull Difusioacuten de gases de Knudsen tiene lugar cuando NKn ge 10 bull Difusioacuten de gases en la regioacuten de transicioacuten ocurre si 001 lt NKn lt 10bull Difusioacuten molecular de gases o de Fick se presenta cuando NKn le 001

Para identicar el tipo de difusioacuten que tiene lugar en la membrana es nece-sario determinar el nuacutemero de Knudsen () a partir de la ecuacioacuten 222 (Geanko-plis 2003) (Javadpour y Fischer 2007)

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Dondeλ Trayectoria libre media (distancia promedio que una moleacutecula de gas re-

corre antes de chocar con otra) (m)r Radio promedio de los poros (m)

La trayectoria libre media se obtiene mediante la ecuacioacuten 223 (Geankoplis 1998) (Mulder 2004)

Dondemicro Viscosidad dinaacutemina del uido (Pas)Pt Presioacuten total absoluta del sistema (Nm2)R Constante universal de los gases ideales (831103 Nm(kmolK))T Temperatura absoluta del sistema (K)M Masa molar promedio del biogaacutes (kgkmol)

En dependencia del tipo de difusioacuten que tenga lugar en la membrana se utiliza una expresioacuten especiacuteca para el caacutelculo de la densidad de ujo molar de H2S(g)

En el caso de la difusioacuten de Knudsen se emplea la ecuacioacuten 224 (Geanko-plis 1998) (Treybal 2001) (Geankoplis 2003) para el caacutelculo de la densidad de ujo molar de H2S(g) (NA)

DondeDKA Difusividad de Knudsen (m2s)L Altura o espesor de la membrana (m)XA1 y XA2 Fracciones molares del componente a transferir en la entrada y sa-

lida de la membrana respectivamente (-) Se consideran iguales a las fracciones

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volumeacutetricas pues se considera comportamiento de gas ideal en virtud de las bajas presiones

Cuando la difusioacuten de gases tiene lugar en la regioacuten de transicioacuten (Geanko-plis 1998) (Treybal 2001) (Geankoplis 2003) se utiliza la ecuacioacuten 225

DondeDAB Difusividad del H2S(g) en la mezcla de CH4(g) y CO2(g) (m2s)α Factor de relacioacuten de ujo (-)Si la difusioacuten que tiene lugar es del tipo de Fick el caacutelculo de la densidad de

ujo molar de H2S(g) se efectuacutea a partir del desarrollo matemaacutetico que se plan-tea a continuacioacuten

Considerando la membrana como un cuerpo plano con transporte de A en Z se trabaja con la ecuacioacuten de continuidad para el componente A mostrada en la ecuacioacuten 226

Porque se considera estado estacionario Considerando que la difusioacuten solo tiene lugar en la direccioacuten prin-

cipal de ujo (z)RA=0 Porque en una reaccioacuten heterogeacutenea la velocidad de produccioacuten no

aparece en la ecuacioacuten diferencial sino en la condicioacuten liacutemite corres-pondiente a la supercie sobre la que tiene lugar la reaccioacuten (Bird y col 2007)

Quedando entonces lo que signica que es constante en la direccioacuten zLuego a partir de la Ley de Fick se obtiene la ecuacioacuten 227

Porque se considera estado estacionario

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SiendoNAz= NA Densidad de ujo molar de H2S(g) (kmolm2s) Gradiente de concentracioacuten de H2S(g) en la direccioacuten z

Despejando e integrando la ecuacioacuten 227 se alcanza como resultado la ecuacioacuten 228 que se muestra a continuacioacuten

DondeCAi Concentracioacuten de H2S(g) en el biogaacutes antes de entrar a la membrana

(kmolm3)CAB Concentracioacuten de H2S(g) en el biogaacutes al salir de la membrana (kmolm3)

En el desarrollo matemaacutetico anterior se aplicoacute la ley de Fick considerando a la membrana como un soacutelido homogeacuteneo sin embargo las membranas obte-nidas son soacutelidos porosos que poseen canales o espacios vaciacuteos interconectados que afectan a la difusioacuten (poros) (Geankoplis 1998) (Beniacutetez 2002) (Geanko-plis 2003) Por esto es conveniente tener en cuenta la porosidad y tortuosidad de las membranas para lo cual se sustituye DAB por DAef que comprende ambas ca-racteriacutesticas estructurales de las membranas (ecuacioacuten 29) obtenieacutendose la ecua-cioacuten 229 para el caacutelculo de la densidad de ujo molar de H2S(g) (Beniacutetez 2002) (Geankoplis 1998) (Levenspiel 1999) (Treybal 2001) (Geankoplis 2003) (Webb 2006) (Bird y col 2007)

Despueacutes de conocer la densidad de ujo molar de H2S(g) en el proceso de puricacioacuten de biogaacutes empleando las membranas viacutetreas y de zeolita natural cu-bana mediante la ecuacioacuten 230 se calcula la densidad de ujo maacutesico de H2S(g)

Gradiente de concentracioacuten de H

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SiendoWA Densidad de ujo maacutesico de H2S(g) (kgm2s)MA Masa molar del H2S(g) (kgkmol)

25 Procedimiento para el caacutelculo de la densidad de ujo molar de H2S(g) a partir de los resultados experimentales

El caacutelculo de la densidad de ujo molar de H2S(g) partiendo de los resultados ex-perimentales se realiza mediante la ecuacioacuten 231

Donde Densidad de ujo molar de H2S(g) (kmolm2s)NAi y NAf Flujo especiacuteco de H2S(g) inicial y nal respectivamente (kmol

Los valores de NAi y NAf se calculan empleando la ecuacioacuten 232

SiendoNAi Flujo molar de H2S(g) inicial y nal respectivamente (kmols)Ap Aacuterea presentada al uido o aacuterea de transferencia de las membranas (m2)

El ujo molar de H2S(g) inicial y nal se obtiene a partir de la ecuacioacuten 233

DondeXAi Fraccioacuten volumeacutetrica de H2S(g) inicial y nal en el biogaacutes respectiva-

mente (-)

Densidad de ujo molar de H

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Qop Flujo de operacioacuten del sistema de puricacioacuten de biogaacutes (m3s)d(H2S) Densidad del H2S(g) (kgm3)M(H2S) Masa molar del H2S(g) (kgkmol)

A continuacioacuten se muestra el procedimiento para el caacutelculo del aacuterea de trans-ferencia de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana empleadas ya que es el aacuterea que ofrecen los poros para el paso del uido y se calcula mediante la ecua-cioacuten 234 (Martiacuten y Font 2011)

DondeAp Aacuterea de transferencia de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cu-

bana (m2)as Aacuterea supercial especiacuteca del medio poroso (m-1)Vm Volumen del medio poroso para este estudio volumen de la membrana

(m3) (ecuacioacuten 220)

El aacuterea supercial especiacuteca del medio poroso considerando que las partiacute-culas que conforman las membranas son esfeacutericas se calcula a partir de la ecua-cioacuten 235

Siendoaso Aacuterea supercial especiacuteca de una partiacutecula (m-1)ε Porosidad de las membranas (-)

Si la partiacutecula es una esfera entonces su aacuterea supercial especiacuteca se obtiene seguacuten la ecuacioacuten 236 (Abu-Ein 2009) (Martiacuten y Font 2011)

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DondeDr Diaacutemetro de una partiacutecula esfeacuterica (m)

Conociendo que el diaacutemetro equivalente de una partiacutecula no esfeacuterica () es el diaacutemetro que poseeriacutea una esfera cuya relacioacuten aacuterea supercial a su volumen fuese igual a la que posee la partiacutecula se puede calcular a partir de la ecuacioacuten 237

Para soacutelidos triturados puede considerarse entre 05 y 07 (Levenspiel 1999) y se conoce que para el vidrio molido su valor es 065 (McCabe y col 1998) Luego sustituyendo el factor de forma y las ecuaciones 236 y 237 en la ecuacioacuten 235 se obtiene la ecuacioacuten 238

Posteriormente sustituyendo la ecuacioacuten 238 y el volumen de la membrana en la ecuacioacuten 234 se obtiene el aacuterea presentada al uido o de transferencia de las membranas

26 Propuesta para el tratamiento de las membranas al concluir el tiempo de operacioacuten

Durante la operacioacuten del sistema de puricacioacuten de biogaacutes se determina el tiempo de operacioacuten de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana Este es el tiempo en el que el biogaacutes supera el LMP seguacuten la norma vigente de referen-cia (NOM-137-SEMARNAT-2003 2003) al nalizar el proceso de puricacioacuten de biogaacutes Para ello se realizan tres mediciones diarias de la concentracioacuten nal de H2S(g) en el biogaacutes Al transcurrir dos meses de trabajo se realiza la caracteri-zacioacuten quiacutemica de tres membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana mediante difractogramas por el meacutetodo de polvo y se registran en un equipo Philips mo-delo PW ndash 1710 que pertenece al Departamento de Caracterizacioacuten de Materia-les (DCM) del CIPIMM

Para soacutelidos triturados puede considerarse entre 05 y 07 (Levenspiel

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Una vez alcanzados los valores de concentracioacuten de H2S(g) en el biogaacutes coincidentes con el LMP en el proceso de puricacioacuten de biogaacutes se procede a rea-lizar la caracterizacioacuten estructural y funcional de seis membranas de cada tipo si-guiendo los procedimientos que se describen en el epiacutegrafe 22

En la literatura consultada (Zapata 2006) (Al-Amoudi y Lovitt 2007) se describen varios tratamientos para la limpieza de las membranas al concluir su tiempo de operacioacuten entre los maacutes empleados se encuentra el tratamiento de lim-pieza con aire limpieza con aire y agua y limpieza con reactivos quiacutemicos

Debido a que las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana se emplean para la puricacioacuten de biogaacutes se propone iniciar el tratamiento de limpieza con aire a un ujo de operacioacuten de 30 Lh El mismo se realiza empleando un sopla-dor ILMVAC GmbH Typ 400 171 (0-60 Lh 230 V 5060 Hz) que pertenece al CIPRO Al mismo se conecta el soporte que contiene la membrana y un ma-noacutemetro para medir la caiacuteda de presioacuten que se produce en el ujo de aire entre la entrada y salida de la membrana Esta se coloca en el soporte en posicioacuten con-traria a como se hizo pasar el ujo de biogaacutes a tratar permitiendo la extraccioacuten de soacutelidos ocluidos en los poros de la misma La operacioacuten se realiza midiendo la caiacuteda de presioacuten a medida que circula el ujo de aire Un esquema general del sis-tema experimental utilizado se presenta en la gura 24

Figura 24 Esquema del sistema experimental empleado para la limpieza con aire

LeyendaS Soplador ILMVAC GmbH Typ 400 171 (0-60 Lh 230 V 5060 Hz)V VaacutelvulasSM Soporte para colocar la membranaM Manoacutemetro

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Para determinar si el tratamiento es efectivo se compara la caiacuteda de presioacuten de una membrana antes de iniciarse el proceso de puricacioacuten de biogaacutes con la caiacuteda de presioacuten que se va obteniendo en la limpieza con aire hasta que esta uacutel-tima tenga un valor constante Ademaacutes se comparan las masas de las membranas al iniciar y nalizar el tratamiento de limpieza con aire para poder armar que se extraen los soacutelidos que se encuentran en los poros de las membranas

27 Consideraciones para la seleccioacuten del equipamiento y la valoracioacuten eco-noacutemica del proceso de puricacioacuten de biogaacutes

El equipamiento tecnoloacutegico que se propone permitiraacute la puricacioacuten de 14 m3 de biogaacutes diario (Sosa y col 2014) cantidad necesaria para la coccioacuten de tres co-midas de una familia de cinco personas La valoracioacuten econoacutemica se realiza con el propoacutesito de calcular el costo de operacioacuten y los materiales necesarios para efec-tuar el proceso de puricacioacuten de biogaacutes en un antildeo partiendo de las siguientes consideraciones

bull Cantidad de membranas necesarias en el procesobull Flujo de operacioacutenbull Horas de trabajo al diacutea 24bull Diacuteas de trabajo al mes 30bull Meses de trabajo al antildeo 12bull Costo de la electricidad 0096 $kWhbull Precio del combustible 110 $Lbull El transporte recorre 12 km por litro de combustible

Para el caacutelculo del costo de produccioacuten de las membranas se emplea la ecua-cioacuten 239

DondeCPM Costo de produccioacuten de las membranas ($)CMP Costo de las materias primas ($)

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CFA Costo de las facilidades auxiliares ($)CT Costo de transportacioacuten de las materias primas ($)

El costo de las materias primas facilidades auxiliares y de transportacioacuten de las materias primas se determina a partir de las expresiones 240 241 y 242 res-pectivamente

CMP= Cantidad utilizada ∙ Costo unitario (240)CFA= Consumo de energiacutea eleacutectrica ∙ Costo electricidad (241)CT= Distancia ∙ Consumo de combustible ∙ Precio de combustible (242)

Para el caacutelculo del costo de los materiales necesarios en el proceso de puri-cacioacuten de biogaacutes empleando las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana se considera

bull Costo de un soporte para las membranas 146 CUC (Porex 2016)bull Costo de una vaacutelvula 092 CUC (Simex 2015)bull Costo de una bolsa de nailon para el almacenamiento del biogaacutes 045

CUC (Escobar 2016)

Todos los costos se actualizan para el antildeo 2016 a partir de los iacutendices de Marshall and Swift seguacuten se recomienda por (Fernaacutendez y col 2013) Ademaacutes se analizan los impactos positivos sobre el medio ambiente que representa el em-pleo del biogaacutes como fuente renovable de energiacutea

1 Se reportan las masas de las materias primas y operaciones que se reali-zan en la siacutentesis de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana asiacute como la denicioacuten del disentildeo de experimento necesario para efectuar el tratamiento teacutermico de las membranas de zeolita natural cubana

2 Se describen los ensayos basados en teacutecnicas avanzadas a nivel internacio-nal que permiten obtener informacioacuten sobre las caracteriacutesticas estructura-les y funcionales de las membranas obtenidas

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3 Para la puricacioacuten de biogaacutes se proponen dos disentildeos de experimento to-mando como factores la masa de ZnO(s) el ujo de operacioacuten del pro-ceso de puricacioacuten de biogaacutes y el diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten vegetal empleado en la siacutentesis de las membranas con el propoacutesito de co-nocer su inuencia en la remocioacuten de H2S(g)

4 Se presenta el procedimiento a seguir para identicar el mecanismo por el cual ocurre el proceso de remocioacuten de H2S(g) para mediante el mo-delo fenomenoloacutegico poder calcular la densidad de ujo molar de H2S(g)

5 Se exponen las ecuaciones a emplear para el caacutelculo de la densidad de ujo molar de H2S(g) seguacuten los resultados experimentales

6 Se propone el tratamiento que se debe realizar con las membranas al con-cluir su tiempo de operacioacuten asiacute como el sistema a emplear para la pu-ricacioacuten de 14 m3diacutea de biogaacutes y el procedimiento para su valoracioacuten econoacutemica

En este capiacutetulo se presentan los resultados correspondientes a la siacutentesis de las membranas su caracterizacioacuten estructural y funcional realizando el anaacutelisis en cuanto a la variacioacuten de estas caracteriacutesticas con respecto a la composicioacuten de las membranas Ademaacutes se estudian los resultados de la puricacioacuten de biogaacutes ana-lizando las variables signicativas a partir de los resultados de los disentildeos de ex-perimento Se identica el mecanismo por el cual ocurre el proceso calculando la densidad de ujo molar de H2S(g) seguacuten los resultados del modelo fenomeno-loacutegico y los experimentales comparando ambos Por uacuteltimo se propone el trata-miento a seguir con las membranas al concluir su tiempo de operacioacuten asiacute como el sistema de puricacioacuten de 14 m3 de biogaacutes diario y su valoracioacuten econoacutemica

31 Siacutentesis de las membranas

En la presente investigacioacuten se realiza la siacutentesis de 20 tipos de membranas dife-rentes de ellas 10 a partir de materiales viacutetreos de desechos y el resto de zeolita

3 RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

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natural cubana seguacuten el procedimiento que se muestra en el epiacutegrafe 21 e infor-macioacuten de las tablas 21 y 22 obtenieacutendose un total de 420 membranas

La siacutentesis de las membranas viacutetreas con 237 g y 316 g de ZnO(s) se realiza por primera vez En el caso de las membranas de zeolita natural cubana nunca antes se habiacutean sintetizado por lo que es novedoso todo lo concerniente a ellas

De manera similar a los trabajos de (Baacutercenas 2009) (Baacutercenas 2014) las membranas viacutetreas tienen como promedio diaacutemetro de 00504 m (plusmn 00005 m) y espesor de 00064 m (plusmn 00002 m) En las membranas de zeolita natural cu-bana el diaacutemetro coincide con el de las membranas viacutetreas y el espesor es 00069 m (plusmn 00002 m) En la gura 31 (a y b) se observan algunas de las membranas obtenidas

Figura 31 Membranas a) Viacutetreas b) Zeolita natural cubana

311 Disentildeo de experimento para el tratamiento teacutermico de las membranas de zeolita natural cubana

Para las membranas de zeolita natural cubana se procede teniendo en cuenta las caracteriacutesticas de la zeolita con fase predominante Clinoptilolita (Jordaacuten 2005) (Jordaacuten 2007) ademaacutes de los factores y niveles expuestos en la tabla 23 Los re-sultados para la masa de las membranas de zeolita natural cubana al nalizar el tratamiento teacutermico se muestran en la tabla 31

Al efectuar las 36 corridas experimentales se observa que la menor masa de las membranas de zeolita natural cubana se alcanza cuando el tratamiento teacutermico se realiza para los mayores valores de temperatura maacutexima y tiempo de exposicioacuten a la misma coincidiendo con los resultados obtenidos para el tratamiento teacutermico

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de las membranas viacutetreas determinado por (Baacutercenas 2009) (Baacutercenas 2014) y raticados en este trabajo En el diagrama de Pareto de la gura 32 y tabla B1 de los anexos se muestra la inuencia signicativa que tienen en la variable res-puesta los dos factores considerados en los niveles previstos El comportamiento de los factores es inversamente proporcional al de la variable respuesta (gura 33) lo que se atribuye a que un aumento de la temperatura maacutexima en el trata-miento teacutermico y el tiempo de exposicioacuten a la misma favorece la combustioacuten del carboacuten vegetal presente en las membranas de zeolita natural cubana

CorridasTemperatura

maacutexima (degC)

Tiempo total a la maacutexima

temperatura (min)

Masa promedio de las membranas de zeolita natural cubana (g)

1 450 60 1983 1981 19842 450 90 1967 1966 19683 450 120 1960 1962 19594 500 60 1975 1973 19745 500 90 1958 1957 19596 500 120 1955 1953 19567 550 60 1936 1934 19378 550 90 1911 1912 19099 550 120 1908 1909 1908

10 600 60 1910 1909 191111 600 90 1902 1903 190212 600 120 1900 1902 1901

Tabla 31 Masa promedio de las membranas de zeolita natural cubana al nalizar el tratamiento teacutermico

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El modelo de regresioacuten que se ajusta seguacuten estos resultados se observa en la ecuacioacuten 31

Mz = 22092 - 00046 Tmaacutex - 00032 t (R2= 9107) (31)SiendoMz Masa de las membranas de zeolita natural cubana (g)Tmaacutex Temperatura maacutexima en el tratamiento teacutermico (degC)t Tiempo de exposicioacuten a la temperatura maacutexima (min)

Se esperaban resultados similares a los obtenidos en la siacutentesis de las mem-branas viacutetreas pero las muestras sometidas a 600degC no cumplen con los requisitos de estabilidad en su estructura como indica la gura 34 evidenciaacutendose lo que plantea la literatura (Jordaacuten 2005) (Jordaacuten 2007) para las zeolitas donde predomina la fase Clinoptilolita a partir de los 600degC se modica su estructura

Figura 33 Efectos de los factores considerados en la masa de las membranas de zeolita natural cubana

Figura 32 Diagrama de Pareto para la masa de las membranas de zeolita natural cubana

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Por tanto se establece para el tratamiento teacutermico de las membranas de zeo-lita natural cubana temperatura maacutexima igual a 550degC y tiempo de exposicioacuten a la misma igual a 90 min A partir de estos resultados se dene como trata-miento teacutermico una rampa de calentamiento aumentando la temperatura hasta 450degC donde se realiza una parada de 10 min y luego se incrementa la tempera-tura hasta 500degC mantenieacutendose durante 10 min para posteriormente aumentar la temperatura hasta los 550degC siendo constante durante 90 min para lograr la mayor combustioacuten del carboacuten vegetal posible La operacioacuten concluye con un en-friamiento en el interior del horno para una duracioacuten total de 880 min (147 h) y de esta forma evitar el choque teacutermico y que la estructura de las membranas no se afecte por la presencia de los gases de la combustioacuten (gura 35)

Figura 34 Membrana de zeolita natural cubana expuesta a 600degC

Figura 35 Tratamiento teacutermico aplicado a las membranas de zeolita natural cubana

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32 Caracteriacutesticas estructurales y funcionales de las membranas

Una vez efectuada la siacutentesis de las membranas se procede a realizar la carac-terizacioacuten estructural y funcional de las mismas Los ensayos realizados permi-ten conocer el radio de los poros porosidad tortuosidad y permeabilidad de las membranas asiacute como la difusividad efectiva del H2S(g) en las membranas seguacuten el epiacutegrafe 22

321 Radio de los poros a partir de la MEB

El conocimiento del radio de los poros de las membranas (Benito y col 2004) (Mulder 2004) es uno de los resultados maacutes importantes que se pueden alcan-zar cuando se trabaja con membranas De todas las teacutecnicas que permiten hallar el radio de los poros la Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido (MEB) es la teacutecnica de microscopiacutea maacutes empleada a nivel mundial porque ofrece resultados precisos (Curtis y col 2011) (Vijaya y col 2012) permite la observacioacuten y caracteri-zacioacuten supercial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos brindando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado (Torres y Mora 2010) En la tabla 32 se ob-serva el radio promedio de los poros de las membranas de zeolita natural cubana a partir de los resultados de la MEB

Tabla 32 Radio promedio de los poros de las membranas de zeolita natural cubana

Masa de ZnO(s) (g)

000 079 158 237 316

(Dpc lt 0067) mm

r 106 (m)272

r 106 (m)273

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Como se puede observar en las tablas 24 para las membranas viacutetreas y 32 para las membranas de zeolita natural cubana el radio promedio de los poros () variacutea entre 268 y 367010-6 m por lo que el diaacutemetro de los poros se encontraraacute entre 536 y 734010-6 m Debido a esto se puede armar que todas las mem-branas tienen una estructura macroporosa seguacuten (Mulder 2004) (Silva 2006) (Webb 2006) (Sotto 2008) ya que el tamantildeo de los poros es superior a 5010-9 m Por tanto con las membranas obtenidas se puede efectuar la operacioacuten de mi-croltracioacuten pues en la literatura consultada (Geankoplis 1998) (Logan 1999) (Geankoplis 2003) (Benito y col 2004) (Horacio 2004) (Casis y col 2010) (Sondergeld y col 2010) (Escolaacutestico 2012) se plantea que esta operacioacuten es la que ocurre cuando el tamantildeo de los poros es superior a 0110-6 m

El anaacutelisis estadiacutestico para conocer la inuencia signicativa de los factores considerados masa de ZnO(s) y diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten vegetal que se reportan en la tabla 25 sobre la variable respuesta o sea el radio de los poros de las membranas viacutetreas se realiza mediante el anaacutelisis de varianza para cada uno de los factores de manera independiente

De la tabla ANOVA que se reporta en la tabla B2 de los anexos se conoce que el valor-P (07501) de la razoacuten-F es mayor que 005 y por tanto se puede armar que no existe diferencia estadiacutesticamente signicativa entre la media del radio de los poros de las membranas viacutetreas entre un nivel de masa de ZnO(s) y otro con un 950 de conanza Por el contrario entre los dos niveles conside-rados para el diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten vegetal siacute existe diferencia esta-diacutesticamente signicativa con respecto a la media del radio de los poros ya que el valor-P (00032) es menor que 005 para un 95 de conanza

En las guras 36 (a y b) y 37 (a y b) se observan imaacutegenes de la MEB rea-lizada a las membranas viacutetreas con 000 g y 316 g de ZnO(s) respectivamente para los dos diaacutemetros de partiacuteculas de carboacuten vegetal considerados En ellas se observa que para una misma masa de ZnO(s) el diaacutemetro de los poros en las membranas viacutetreas es mayor cuando aumenta el diaacutemetro de las partiacuteculas de car-boacuten vegetal comportamiento que estaacute en correspondencia con los resultados es-tadiacutesticos obtenidos

En las guras C5 C6 y C7 de los anexos se observan las imaacutegenes de la MEB para las membranas viacutetreas con 079 g 158 g y 237 g de ZnO(s) para

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ambos diaacutemetros de partiacuteculas de carboacuten vegetal evidenciaacutendose el comporta-miento anterior lo que ratica los resultados que fueron obtenidos en el grupo de investigacioacuten (Viera 2015)

Figura 36 Imagen de MEB para la membrana viacutetrea con 000 g de ZnO(s) a) Dpc lt 0067 mm b) Dpc entre 0067 mm y 013 mm

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De manera contraria al comportamiento del radio de los poros de las mem-branas viacutetreas la tabla ANOVA que se reporta en la tabla B3 de los anexos in-dica para un 95 de conanza que entre la media del radio de los poros de las membranas de zeolita natural cubana y los niveles de masa de ZnO(s) conside-rados siacute existe diferencia estadiacutesticamente signicativa (valor-P igual a 00133) Sin embargo entre los niveles del diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten vegetal y la media del radio de los poros no ocurre lo mismo (valor-P igual a 03466) En la tabla 33 se reportan los resultados de las pruebas de muacuteltiples rangos para el radio de los poros de las membranas de zeolita natural cubana con respecto a los niveles de masa de ZnO(s)

Contraste Diferencia signicativa Diferencia

0 ndash 079 No 1 10-8

0 ndash 158 Siacute 2 10-8

079 ndash 158 No 1 10-8

158 ndash 237 No 1 10-8

237 ndash 316 No 1 10-8

Tabla 33 Pruebas de muacuteltiples rangos para el radio de los poros de las membranas de zeolita natural cubana por masa de ZnO(s)

Los resultados de la comparacioacuten muacuteltiple para determinar cuaacuteles medias son signicativamente diferentes de otras indican los pares que muestran diferen-cias estadiacutesticamente signicativas con un nivel del 950 de conanza

En las guras 38 (a y b) y 39 (a y b) se observan las imaacutegenes de la MEB rea-lizada a las membranas de zeolita natural cubana con 000 g y 316 g de ZnO(s) respectivamente para ambos diaacutemetros de partiacuteculas de carboacuten vegetal En ellas

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se observa que es menor el diaacutemetro de los poros en las membranas de zeolita na-tural cubana con mayor masa de ZnO(s) y que para una misma masa de ZnO(s) es mayor cuando aumenta el diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten vegetal demos-trando que es el carboacuten vegetal el responsable de la formacioacuten de los poros en las membranas

En las guras C8 C9 y C10 de los anexos se observan las imaacutegenes de la MEB para las membranas de zeolita natural cubana con 079 g 158 g y 237 g de ZnO(s) para ambos diaacutemetros de partiacuteculas de carboacuten vegetal raticaacutendose el comportamiento explicado anteriormente

Al comparar las imaacutegenes de la MEB entre ambos tipos de membranas para una misma masa de ZnO(s) se observa que el diaacutemetro de los poros en las mem-branas viacutetreas es mayor al de las membranas de zeolita natural cubana Estos resultados conrman las consideraciones realizadas por la autora al atribuir la formacioacuten de los poros en las membranas a la combustioacuten del carboacuten vegetal pre-sente en estas ya que como se observa en las tablas 21 y 22 la masa de carboacuten vegetal en las membranas viacutetreas (421 g a 500 g) es siempre mayor que la em-pleada en las membranas de zeolita natural cubana (100 g) Ademaacutes de la tem-peratura maacutexima del tratamiento teacutermico y el tiempo de exposicioacuten a la maacutexima temperatura

Figura 38 Imagen de MEB para la membrana de zeolita natural cubana con 000 g de ZnO(s)a) Dpc lt 0067 mm b) Dpc entre 0067 mm y 013 mm

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322 Porosidad y tortuosidad de las membranas

La porosidad y tortuosidad de las membranas son caracteriacutesticas estructurales que denen la eciencia de las mismas en la remocioacuten de H2S(g) La determina-cioacuten de la porosidad y tortuosidad se realiza a partir de las ecuaciones expuestas en el subepiacutegrafe 222 En la tabla 34 se observan los valores promedios de las caracteriacutesticas estructurales anteriormente mencionadas para las membranas viacute-treas y de zeolita natural cubana respectivamente

Figura 39 Imagen de MEB para la membrana de zeolita natural cubanacon 316 g de ZnO(s) a) Dpc lt 0067 mm b) Dpc entre 0067 mm y 013 mm

Masa de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

Membranas viacutetreasMembranas de zeolita

natural cubana

ε (-) τ (-) ε (-) τ (-)

000 lt 006704721

(plusmn00008)212

03688 (plusmn00008)

079 lt 006704552

(plusmn00006)220

03685 (plusmn00007)

Tabla 34 Valores promedios de la porosidad y tortuosidad de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana

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Al realizar un anaacutelisis de coacutemo variacutea la porosidad de las membranas viacutetreas con la masa de ZnO(s) y el diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten vegetal se puede observar que al aumentar la masa de ZnO(s) (lo que implica disminucioacuten de la masa de carboacuten vegetal (tabla 21)) decrece la porosidad de las membranas viacute-treas Por otra parte al aumentar el diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten vegetal aumenta la porosidad para una misma masa de ZnO(s)

Los comportamientos planteados anteriormente coinciden con los reporta-dos por (Baacutercenas 2014) y son los esperados por la autora ya que la formacioacuten de los poros en las membranas estaacute estrechamente relacionada con la masa y el diaacute-metro de partiacuteculas de carboacuten vegetal empleados en la siacutentesis de las membranas Por esta misma razoacuten al realizar un anaacutelisis de la variacioacuten de la porosidad de las

Masa de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

natural cubana

ε (-) τ (-) ε (-) τ (-)

158 lt 006703783

(plusmn00005)264

03684 (plusmn00006)

237 lt 006703691

(plusmn00006)271

03681 (plusmn00008)

316 lt 006703682

(plusmn00005)272

03678 (plusmn00008)

000 0067-01306211

(plusmn00007)161

03705 (plusmn00007)

079 0067-01305589

(plusmn00007)179

03701 (plusmn00006)

158 0067-01304704

(plusmn00006)213

03698 (plusmn00008)

237 0067-01304288

(plusmn00008)233

03695 (plusmn00008)

316 0067-01303783

(plusmn00007)264

03691 (plusmn00007)

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membranas de zeolita natural cubana con la masa de ZnO(s) se puede observar que la porosidad praacutecticamente no variacutea lo que se debe a que para este tipo de membranas la masa de carboacuten vegetal utilizada se mantuvo constante (tabla 22) Las variaciones existentes pueden estar causadas porque las membranas presen-tan masas diferentes de zeolita natural cubana y esta es por siacute misma un mate-rial poroso Tambieacuten se evidencia que al aumentar el diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten empleado en la siacutentesis de las membranas aumenta ligeramente la poro-sidad coincidiendo con el comportamiento de las membranas viacutetreas aunque en estas uacuteltimas de manera maacutes marcada

Los resultados para la tortuosidad de las membranas viacutetreas y de zeolita na-tural cubana presentan un comportamiento contrario al encontrado en la poro-sidad de las mismas (tabla 34) es decir la tortuosidad aumenta al aumentar la masa de ZnO(s) y lo mismo ocurre cuando se emplea el carboacuten vegetal de menor diaacutemetro de partiacuteculas Esto se debe a que mientras menor sea la porosidad de las membranas seraacute maacutes difiacutecil el camino que deberaacute recorrer el uido a traveacutes del seno del medio poroso y es por ello que aumenta la tortuosidad ya que son inversamente proporcionales seguacuten la ecuacioacuten 24 (Geankoplis 1998) (Sing y Schuumlth 2002) (Geankoplis 2003)

La tortuosidad de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana oscila entre 161 y 272 valores que se encuentran dentro del intervalo reportado en la literatura (Geankoplis 1998) (Geankoplis 2003) para medios macroporosos

Si se realiza una comparacioacuten de los resultados de porosidad y tortuosidad para las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana se puede observar que las caracteriacutesticas estructurales anteriormente mencionadas variacutean en un intervalo mayor para las membranas viacutetreas que para las de zeolita natural cubana lo cual estaacute dado porque para la siacutentesis de las membranas de zeolita natural cubana se emplea una uacutenica masa de carboacuten vegetal mientras que para las viacutetreas la masa de este componente variacutea

Estos resultados que caracterizan estructuralmente las membranas de zeolita natural cubana se consideran un aporte de la investigacioacuten y conrman la depen-dencia que existe entre las caracteriacutesticas estructurales de las membranas con res-pecto a su composicioacuten

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323 Permeabilidad

Uno de los paraacutemetros maacutes importantes en la caracterizacioacuten funcional de las membranas es la permeabilidad (Saacutenchez 2011) (Firouzi y col 2014) tal y como se explica en el subepiacutegrafe 223 Su valor depende fundamentalmente del diaacutemetro promedio (dp) y esfericidad (φs) de las partiacuteculas y la porosidad (ε) de las membranas seguacuten la ecuacioacuten 28 En la tabla 35 se reportan los valores promedios de la permeabilidad (kv) para las membranas viacutetreas despueacutes de obte-ner el dp seguacuten los resultados de la MEB considerar la φs igual a 065 (McCabe y col 1998) y calcular el nuacutemero de Reynolds de partiacutecula (Rep) a partir de la ecuacioacuten 26 (tabla A2 de los anexos) en todos los casos Rep lt 10 siendo el reacute-gimen laminar

Membranasviacutetreas

m(ZnO)(s) (g)Dpc

(mm)ε (-)

dp 106(m)

kv 1016

1 000 lt 0067 04721 166 2930 (plusmn001)2 079 lt 0067 04552 163 2380 (plusmn002)3 158 lt 0067 03783 144 818 (plusmn002)4 237 lt 0067 03691 132 597 (plusmn002)5 316 lt 0067 03682 122 417 (plusmn001)6 000 0067-013 06211 204 19600 (plusmn003)7 079 0067-013 05589 200 10100 (plusmn003)8 158 0067-013 04704 187 3660 (plusmn002)9 237 0067-013 04288 171 1990 (plusmn002)10 316 0067-013 03783 147 853 (plusmn001)

Tabla 35 Permeabilidad de las membranas viacutetreas

Como se observa en la tabla 35 la permeabilidad de las membranas viacutetreas disminuye al aumentar la masa de ZnO(s) y disminuir la porosidad Este com-portamiento coincide con los resultados obtenidos por (Baacutercenas 2014) para los tres tipos de membranas viacutetreas sintetizadas para el tratamiento de residuales de

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la industria alimentaria y ademaacutes con lo reportado en la literatura consultada (Benavente y col 2004) (Zapata 2006) (Letham 2011) (Polezhaev 2011) la cual plantea que la porosidad es un paraacutemetro que caracteriza a los medios po-rosos y que a su vez esta condiciona la permeabilidad El hecho de que la per-meabilidad se incrementa cuando aumenta la porosidad es un comportamiento loacutegico ya que al ser mayor el volumen de los huecos en la membrana esta ofre-ceraacute menor resistencia al paso del biogaacutes por la misma

Tambieacuten se observa que cuando es menor el diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten vegetal en las membranas menor es la permeabilidad resultado loacutegico te-niendo en cuenta que al combustionar el carboacuten vegetal con un menor diaacutemetro de partiacuteculas se obtiene menor radio de poros en las membranas menor porosi-dad y mayor tortuosidad Este comportamiento de las caracteriacutesticas estructurales de las membranas ofrece mayor resistencia al biogaacutes en su recorrido por el inte-rior de las membranas y por tanto debe esperarse que con dichas membranas se remueva mayor cantidad de H2S(g)

Para las membranas de zeolita natural cubana los valores promedios de per-meabilidad (kz) se reportan en la tabla 36 Estos se obtienen a partir del mismo procedimiento que se emplea para el caacutelculo de la permeabilidad en las membra-nas viacutetreas En la tabla A3 de los anexos se observa que el Rep lt 10 para las mem-branas de zeolita natural cubana evidenciando que se trabaja en reacutegimen laminar

Membranasde zeolita natural

m(ZnO)(s) (g)Dpc

(mm)ε (-)

dp 106(m)

kv 1016

1 000 lt 0067 03688 138 675 (plusmn003)2 079 lt 0067 03685 132 616 (plusmn002)3 158 lt 0067 03684 128 578 (plusmn003)4 237 lt 0067 03681 127 567 (plusmn001)5 316 lt 0067 03678 125 548 (plusmn002)6 000 0067-013 03705 142 729 (plusmn002)7 079 0067-013 03701 139 695 (plusmn001)

Tabla 36 Permeabilidad de las membranas de zeolita natural cubana

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El comportamiento de la permeabilidad de las membranas de zeolita natu-ral cubana es similar al de las membranas viacutetreas aunque no hay praacutecticamente diferencia entre los valores debido a que apenas hay variacioacuten en la porosidad de las membranas de zeolita natural cubana Al comparar los valores de permeabili-dad entre ambos tipos de membranas las membranas de zeolita natural cubana tienen como promedio permeabilidades siete veces inferiores al de las membra-nas viacutetreas No obstante todos se encuentran dentro del intervalo que reporta la literatura para membranas ceraacutemicas (Li y col 2006) (Webb 2006) (Garciacutea y col 2013)

324 Difusividad efectiva del H2S(g) en las membranas

Existen varios factores que dicultan el anaacutelisis de la transferencia de masa en los medios porosos tales como la complejidad extrema de la geometriacutea de los poros y los diferentes fenoacutemenos moleculares responsables de la transferencia de masa (Myint y col 1996) (Gutieacuterrez 2010) (Aacutelvarez y col 2001)

El caacutelculo de la difusividad efectiva del H2S(g) en las membranas se efec-tuacutea seguacuten el procedimiento expuesto en el subepiacutegrafe 224 La difusividad del H2S(g) en el biogaacutes se determina conociendo las propiedades del H2S(g) y la mezcla de CH4(g) y CO2(g) las cuales se observan en la tabla 37

8 158 0067-013 03698 133 634 (plusmn002)9 237 0067-013 03695 129 595 (plusmn003)10 316 0067-013 03691 126 565 (plusmn003)

Propiedades H2S(g) (A) CH4(g) + CO2(g) (B)

MA (kgkmol) 3406 --

MB (kgkmol) -- 249Tb (K) 213 1454

v 106 (m3mol) 329 296

Tabla 37 Propiedades del H2S(g) el CH4(g) y el CO2(g) (Crespo 2015)

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A partir de las ecuaciones 211 y 212 se obtienerA= 118∙ vA

13= 378 Aring= 378 10-10 mrB= 118∙ vB

13= 365 Aring= 365 10-10 m = 37210-10 m

Con seguacuten se reporta por (Crespo 2015) se determina la funcioacuten de colisioacuten siendo igual a 058 (Treybal 2001) Sustituyendo los valores en la ecuacioacuten 210 se obtiene que la difusividad del H2S(g) en la mezcla de CH4(g) y CO2(g) es 19410-5 m2s valor similar al reportado en investigaciones anteriores (Fernaacutendez 1999) A partir de estos resultados conociendo los valores promedio de porosidad y tortuosidad de las membranas y empleando la ecuacioacuten 29 se cal-culan los valores promedios de la difusividad efectiva del H2S(g) en las membra-nas los que se reportan en la tabla 38

Estos resultados de difusividad efectiva unidos a los de permeabilidad carac-terizan funcionalmente ambos tipos de membranas y se consideran un aporte de la investigacioacuten

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

Def 106 (m2s)

natural cubana

1 0 lt0067 432 (plusmn0003) 264 (plusmn0001)2 079 lt0067 402 (plusmn0004) 263 (plusmn0002)3 158 lt0067 278 (plusmn0003) 263 (plusmn0002)4 237 lt0067 264 (plusmn0003) 263 (plusmn0001)5 316 lt0067 263 (plusmn0002) 262 (plusmn0001)6 0 0067-013 748 (plusmn0003) 266 (plusmn0002)7 079 0067-013 606 (plusmn0004) 266 (plusmn0002)8 158 0067-013 429 (plusmn0003) 265 (plusmn0001)9 237 0067-013 357 (plusmn0001) 265 (plusmn0002)10 316 0067-013 278 (plusmn0002) 264 (plusmn0002)

Tabla 38 Valores promedios de difusividad efectiva del H2S(g) en las membranas

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Como se observa en la tabla 38 en las membranas viacutetreas la difusividad efec-tiva disminuye en la medida que la masa de ZnO(s) aumenta y para un mismo valor es mayor cuando el diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten vegetal aumenta En las membranas de zeolita natural cubana la difusividad efectiva praacutecticamente no variacutea El comportamiento se debe a que esta caracteriacutestica funcional depende de las propiedades de los gases y tambieacuten de las caracteriacutesticas estructurales poro-sidad y tortuosidad (ecuacioacuten 29) disminuyendo cuando decrece la porosidad y aumenta la tortuosidad ya que se diculta el paso del biogaacutes por el medio poroso Este resultado coincide con lo reportado en la literatura (Aacutelvarez y col 2001) en la que se plantea que la difusividad efectiva es una propiedad importante en la prediccioacuten del coeciente de transferencia de masa que depende de las caracteriacutes-ticas estructurales del medio poroso Esto se evidencia al comparar la difusividad efectiva del H2S(g) de las membranas viacutetreas con las de zeolita natural cubana donde en las primeras los valores oscilan en un intervalo (263 a 74810-6 m2s) mucho mayor que en las segundas (262 a 26610-6 m2s) precisamente por la di-ferencia entre las caracteriacutesticas estructurales de ambas

33 Eciencia de las membranas en la puricacioacuten de biogaacutes

331 Remocioacuten de H2S(g)

A partir de experiencias realizadas por la autora entre los antildeos 2012 y 2014 en las que se efectuacutea la siacutentesis de membranas con masa de ZnO(s) de 000 g 079 g y 158 g se demuestra mediante el anaacutelisis estadiacutestico que cuando aumenta la masa de ZnO(s) en las membranas es mayor la remocioacuten de H2S(g) (guras C11 y C12 de los anexos) en un biogaacutes que tiene como promedio 178 del mismo Se decide continuar aumentando la masa de ZnO(s) al sintetizar las membranas para la puricacioacuten de biogaacutes efectuando el proceso seguacuten las condiciones que se reportan en la tabla 26 En la tabla 39 se pueden observar los valores de compo-sicioacuten nal promedio de H2S(g) empleando las membranas viacutetreas en la puri-cacioacuten de un biogaacutes que contiene 178 de H2S(g) (valor promedio) en funcioacuten de la masa de ZnO(s) el ujo de operacioacuten del proceso de puricacioacuten de biogaacutes (Qop) y el diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten vegetal (Dpc)

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Estos resultados evidencian que cuando se emplean las membranas viacutetreas con 000 g de masa de ZnO(s) no hay remocioacuten de H2S(g) ya que la compo-sicioacuten inicial y nal promedio de H2S(g) coinciden Este comportamiento in-dica que la remocioacuten de H2S(g) se debe a la presencia del ZnO(s) en este tipo de membranas Los valores que se muestran en la tabla 39 y la tabla A4 de los anexos permiten conrmar los resultados iniciales es decir los valores maacutes ele-vados de remocioacuten de H2S(g) que se corresponden con los menores de compo-sicioacuten nal de H2S(g) se obtienen cuando las membranas viacutetreas tienen mayor

Tabla 39 Composicioacuten nal promedio de H2S(g) en el biogaacutes al concluir el proceso de puricacioacuten empleando las membranas viacutetreas

NoMasa

de ZnO(s) (g)Qop(Lh)

Composicioacuten nal promedio de H2S(g) ()

Dpc lt 0067 (mm)

DE0067 ltDpclt 013

(mm)DE

1 000 5 1780 0000 1780 00002 000 10 1780 0000 1780 00003 000 15 1780 0000 1780 00004 079 5 0850 0002 1340 00015 079 10 0972 0003 1420 00026 079 15 1226 0008 1532 00017 158 5 0342 0003 0992 00018 158 10 0596 0003 1156 00039 158 15 0613 0003 1280 0003

10 237 5 0118 0002 0452 000111 237 10 0275 0003 0565 000312 237 15 0354 0003 0633 000213 316 5 0020 0001 0124 000214 316 10 0032 0001 0272 000115 316 15 0043 0001 0422 0002

DE Desviacioacuten estaacutendar

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masa de ZnO(s) Ademaacutes en las membranas que tienen menor diaacutemetro de par-tiacuteculas de carboacuten vegetal se alcanzan mayores porcentajes de remocioacuten de H2S(g) para una misma masa de ZnO(s) aspecto que estaacute en correspondencia con la va-riacioacuten de las caracteriacutesticas estructurales de las membranas viacutetreas Es decir los mayores porcentajes de remocioacuten de H2S(g) se obtienen en las membranas viacutetreas con menor porosidad y mayor tortuosidad ya que es mayor la resistencia que ofrece la membrana al paso del biogaacutes por sus poros favoreciendo la remocioacuten de H2S(g) ya que es mayor el contacto adsorbato-adsorbente y por tanto se favo-rece la transferencia de masa entre el biogaacutes y la membrana viacutetrea siendo mayor la cantidad de H2S(g) que se remueve lo cual estaacute en correspondencia con lo que plantea la literatura (Treybal 2001) En las muestras donde se emplean las mem-branas viacutetreas con 316 g de ZnO(s) y el menor diaacutemetro de partiacuteculas de car-boacuten vegetal en el proceso de puricacioacuten el biogaacutes cumple con el liacutemite maacuteximo permisible (LMP) para el H2S(g) que establece la norma vigente de referencia (NOM-137-SEMARNAT-2003 2003)

La operacioacuten del sistema con las membranas de zeolita natural cubana se realiza seguacuten los factores y niveles expuestos en la tabla 26 siendo 178 la com-posicioacuten inicial promedio de H2S(g) en el biogaacutes coincidiendo con la composi-cioacuten del biogaacutes en las experiencias iniciales Los resultados para la composicioacuten nal promedio y el porcentaje de remocioacuten de H2S(g) se reportan en la tabla 310 y tabla A4 de los anexos respectivamente en funcioacuten de la masa de ZnO(s) el ujo de operacioacuten del proceso de puricacioacuten de biogaacutes (Qop) y el diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten vegetal (Dpc)

Tabla 310 Composicioacuten nal promedio de H2S(g) empleando las membranas de zeolita natural cubana en la puricacioacuten de biogaacutes

NoMasa

Dpc lt 0067 (mm)

DE0067 ltDpclt 013

(mm)DE

1 000 5 0959 0002 1361 00012 000 10 1222 0002 1616 00023 000 15 0575 0002 1755 0002

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Los valores que se reportan indican que en todas las muestras se logra remocioacuten de H2S(g) estos resultados dieren de los obtenidos empleando las membranas viacute-treas ya que con las membranas de zeolita natural cubana con 000 g de ZnO(s) siacute se logra que la composicioacuten nal promedio de H2S(g) sea menor que la composi-cioacuten inicial promedio debido a que ha ocurrido un proceso de adsorcioacuten fiacutesica del H2S(g) en los poros de las membranas lo que era de esperar pues es conocido de (Treybal 2001) (Beniacutetez 2002) que las zeolitas son materiales adsorbentes siendo los porcentajes de remocioacuten de H2S(g) asociados a este proceso sin ZnO(s) para los ujos de operacioacuten 5 10 y 15 Lh de 4312 3134 y 2288 respectivamente

Los valores que se reportan en la tabla 310 y la tabla A4 de los anexos evi-dencian que la remocioacuten de H2S(g) es mayor en las membranas de zeolita natural cubana con mayor masa de ZnO(s) y menor diaacutemetro de partiacuteculas de carboacuten ve-getal de manera similar a lo que ocurre cuando se emplean las membranas viacutetreas ya que es mayor el contacto adsorbato-adsorbente favorecieacutendose la transferencia de masa entre el biogaacutes y la membrana de zeolita natural cubana siendo mayor la can-tidad de H2S(g) que se remueve lo cual estaacute en correspondencia con lo que plan-tea la literatura (Treybal 2001) No obstante los resultados de remocioacuten de H2S(g) empleando las membranas de zeolita natural cubana son superiores a los de las

4 079 5 0575 0003 1017 00015 079 10 0825 0001 1135 00026 079 15 1070 0002 1325 00017 158 5 0159 0003 0744 00028 158 10 0364 0002 0920 00019 158 15 0500 0006 1009 0002

10 237 5 0007 0001 0122 000411 237 10 0020 0002 0357 000112 237 15 0027 0003 0576 000213 316 5 0004 0001 0120 000214 316 10 0013 0002 0173 000115 316 15 0019 0001 0208 0002

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membranas viacutetreas ya que en todas las corridas experimentales donde se emplean las membranas de zeolita natural cubana con 237 g y 316 g de ZnO(s) se logran composiciones nales promedio de H2S(g) menores que 01 cumpliendo con el LMP seguacuten la norma vigente de referencia (NOM-137-SEMARNAT-2003 2003)

La autora considera que el comportamiento relacionado con el incremento de la remocioacuten de H2S(g) cuando es mayor la masa de ZnO(s) en las membranas se debe al proceso de adsorcioacuten quiacutemica que ocurre por la reaccioacuten irreversible entre ambas sustancias que se representa en la ecuacioacuten 32 Este comportamiento coincide con lo reportado en la literatura consultada (Fernaacutendez 1999) para procesos de desulfu-racioacuten cuando se emplean lechos secos que tienen ZnO(s) en su composicioacuten

ZnO(s) + H2S(g) = ZnS(s) + H2O(l) ∆H0 = - 11849 kJ (32)

Los porcentajes de remocioacuten de H2S(g) cuando se emplean las membranas viacutetreas son menores que los de las membranas de zeolita natural cubana porque en las primeras la remocioacuten de H2S(g) se debe al fenoacutemeno de adsorcioacuten quiacutemica debido a la presencia del ZnO(s) mientras que en las membranas de zeolita natu-ral cubana ocurre la adsorcioacuten fiacutesica y quiacutemica favoreciendo la mayor remocioacuten de H2S(g) Estos resultados se consideran un aporte del presente trabajo

En la gura 310 y las tablas A5 y A6 de los anexos se muestran los valores promedios de la variacioacuten de la masa de H2S(g) que se remueve en una hora por cada gramo de vidrio maacutes ZnO(s) que se utiliza en la siacutentesis de dichas membra-nas empleadas en la puricacioacuten de biogaacutes Los valores se obtienen a partir del procedimiento que se reporta en el subepiacutegrafe 231

Figura 310 Masa de H2S(g) que se remueve en una hora por gramo de vidrio maacutes ZnO(s) que se utiliza en la siacutentesis de las membranas viacutetreas empleadas en la puricacioacuten de biogaacutes

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Los resultados que se muestran en la gura 310 indican que con la mem-brana viacutetrea de 316 g de ZnO(s) y menor diaacutemetro de partiacuteculas de carboacuten ve-getal para el ujo de operacioacuten de 15 Lh (muestra 15) se remueve la mayor cantidad de H2S(g) en una hora por cada gramo de vidrio maacutes ZnO(s) empleado en la siacutentesis de las membranas viacutetreas

De manera similar en las tablas A7 y A8 de los anexos y la gura 311 se reporta la masa de H2S(g) que se remueve en una hora por cada gramo de zeo-lita natural cubana maacutes ZnO(s) que se utiliza en la siacutentesis de estas membranas empleadas en la puricacioacuten de biogaacutes Los resultados indican que con las mem-branas de zeolita natural cubana de 237 g y 316 g de ZnO(s) y menor diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten vegetal para el ujo de operacioacuten de 15 Lh (muestras 12 y 15) se alcanza mayor remocioacuten de H2S(g) en una hora por cada gramo de zeolita natural cubana maacutes ZnO(s) empleado en la siacutentesis de estas membranas Los valores se obtienen a partir del procedimiento que se reporta en el subepiacute-grafe 231

Figura 311 Figura 311 Masa de H2S(g) que se remueve en una hora por gramo de zeolita natural cubana maacutes ZnO(s) que se utiliza en la siacutentesis de estas membranas

empleadas en la puricacioacuten de biogaacutes

Al comparar los resultados que se muestran en las guras 310 y 311 se observa que en las membranas viacutetreas la remocioacuten de H2S(g) por gramo de vi-drio maacutes ZnO(s) es superior a la remocioacuten de H2S(g) por gramo de zeolita maacutes ZnO(s) en las membranas de zeolita natural cubana Comportamiento loacutegico de-bido a la diferencia que existe en la composicioacuten de las membranas seguacuten se re-porta en las tablas 21 y 22 ya que para la pequentildea cantidad de carboacuten vegetal

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(100 g) requerida en la siacutentesis de las membranas de zeolita natural cubana se requiere mayor cantidad de dicho material que de vidrio al sintetizar las mem-branas viacutetreas siendo la suma de la masa de zeolita natural cubana maacutes ZnO(s) (1900 g) mayor que la suma de vidrio maacutes ZnO(s) en las membranas viacutetreas (1500-1579 g)

No obstante a partir de los resultados que se reportan en las tablas A5 y A6 de los anexos para las membranas viacutetreas y en las tablas A7 y A8 de los ane-xos para las membranas de zeolita natural cubana donde se muestra el porcen-taje maacutesico de remocioacuten de H2S(g) la relacioacuten entre el volumen de H2S(g) que se elimina por cada m3 de membrana empleada en el proceso de puricacioacuten asiacute como la masa de H2S(g) que se elimina por cada m3 de biogaacutes tratado la autora selecciona las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana que se muestran en la tabla 311 para efectuar el proceso de puricacioacuten de biogaacutes a un ujo de opera-cioacuten de 15 Lh ya que en estas condiciones se tratariacutea mayor volumen de biogaacutes en el mismo tiempo cumpliendo con lo que establece la norma vigente de refe-rencia (NOM-137-SEMARNAT-2003 2003)

Tabla 311 Membranas seleccionadas para efectuar la puricacioacuten de biogaacutes

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

g (H2S) que se remueve(g(vidrio o zeo-lita + ZnO)h)

m3 (H2S) que se remueve

(m3(membrana)h)

g(H2S) que se remueve(m3(biogaacutes)h)

Viacutetrea 316 lt 0067 0025 2040 2673Zeolita natural cubana

237 lt 0067 0021 1909 2698

Los valores que se reportan en la tabla 311 muestran que aunque la mem-brana viacutetrea elimina mayor masa de H2S(g) por masa de vidrio maacutes ZnO(s) em-pleada en la siacutentesis de la membrana y mayor volumen de H2S(g) por m3 de membrana la membrana de zeolita natural cubana es superior a la membrana viacute-trea ya que con menor cantidad de ZnO(s) se elimina praacutecticamente la misma

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masa de H2S(g) por cada m3 de biogaacutes tratado en una hora Estos resultados con-rman lo anteriormente planteado para ambos tipos de membranas en cuanto a las mejores condiciones para efectuar la puricacioacuten de biogaacutes

332 Resultados de los disentildeos de experimentos

Los resultados del anaacutelisis estadiacutestico para la remocioacuten de H2S(g) empleando membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana se observan en los diagramas de Pareto (guras 312 y 313) y el anaacutelisis de varianza (tablas B4 y B5 de los ane-xos) respectivamente

Figura 312 Diagrama de Pareto para la remocioacuten de H2S(g) empleando membranas viacutetreas

Figura 313 Diagrama de Pareto para la remocioacuten de H2S(g) empleando membranas de zeolita natural cubana

Como se observa en las guras 312 y 313 todos los factores considerados en el presente estudio inuyen signicativamente en la remocioacuten de H2S(g) al

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emplear membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana asiacute como varias de las in-teracciones entre los factores en las membranas de zeolita natural cubana Estos resultados se consideran un aporte de la investigacioacuten y permiten describir el pro-ceso de puricacioacuten de biogaacutes con maacutes precisioacuten ya que se efectuacutean corridas ex-perimentales con mayor nuacutemero de muestras

En las ecuaciones 33 y 34 se reporta el modelo de regresioacuten ajustado a los datos del proceso de puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana respectivamente para un 95 de conanza despueacutes de ex-cluir las variables no signicativas

R(H2S)v= 955205+28302∙m (ZnO)-068∙Qop-06235∙Dpc(R2 = 9160) (33)R(H2S)z= 982087+22112∙m (ZnO)08503∙Qop-05475∙Dpc 15183∙ [m(ZnO)]2-02713∙Qop∙Dpc (34)(R2 = 9453)

DondeR(H2S)vz Remocioacuten de H2S(g) empleando membranas viacutetreas o de zeolita

natural cubana respectivamente ()m(ZnO) Masa de ZnO(s) en la membrana (g)Qop Flujo de operacioacuten del sistema de puricacioacuten de biogaacutes (Lh)Dpc Diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten (mm)

De esta manera se obtienen los modelos estadiacutesticos que permiten describir el proceso de puricacioacuten de biogaacutes bajo las condiciones previstas Ambos mode-los tienen como limitaciones la composicioacuten caracteriacutesticas estructurales y fun-cionales de las membranas la composicioacuten del biogaacutes asiacute como la temperatura y presioacuten del sistema

333 Remocioacuten de CH4(g) y CO2(g) durante la puricacioacuten de biogaacutes

Con el propoacutesito de conocer la composicioacuten del biogaacutes al concluir el proceso de puricacioacuten se realiza la caracterizacioacuten del biogaacutes al inicio y nal del proceso

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y mediante la ecuacioacuten 213 se calcula el porcentaje de remocioacuten de CH4(g) y CO2(g) En la tabla 312 se reportan los valores promedios

ComponentesRemocioacuten promedio ()

natural cubana

CH4(g) 008 (plusmn 0004) 006 (plusmn 0003)CO2(g) 1610 (plusmn 007) 1550 (plusmn 006)

Tabla 312 Remocioacuten de CH4(g) y CO2(g) durante la puricacioacuten de biogaacutes

Los resultados indican que praacutecticamente no se remueve CH4(g) al tratar el biogaacutes con cualquiera de los dos tipos de membranas aspecto muy favorable pues este componente es el que aporta el valor caloacuterico que posee dicha fuente de energiacutea Por otro lado los valores que se observan para la remocioacuten de CO2(g) se corresponden con praacutecticamente todos los meacutetodos de puricacioacuten de biogaacutes que se reportan ya que no solo remueven H2S(g) sino tambieacuten CO2(g) seguacuten se establece en la literatura (Fernaacutendez 1999) (Fernaacutendez 2004) De esta forma se logran tambieacuten disminuir los efectos no deseados que provoca la presencia de CO2(g) en el medio ambiente o al almacenar el biogaacutes ademaacutes aumentariacutea el valor caloacuterico del mismo

Los resultados mostrados en cuanto a la puricacioacuten de biogaacutes empleando las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana constituyen la novedad de la presente investigacioacuten ya que es primera vez que se sintetizan las membranas con este propoacutesito

34 Densidad de ujo molar de H2S(g)

341 Resultados del modelo fenomenoloacutegico

Para conocer y entender coacutemo ocurre el proceso de transporte del biogaacutes en el medio poroso es importante conocer las caracteriacutesticas estructurales de las mem-branas (Firouzi y col 2004) (Sahimi y Tsotsis 2003) (Xu y col 2000) (Firouzi

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y Wilcox 2012) las que fueron determinadas y reportadas en el epiacutegrafe 32 A partir de las ecuaciones que se plantean en el epiacutegrafe 24 se calcula la densidad de ujo molar de H2S(g) seguacuten el modelo fenomenoloacutegico para el proceso de pu-ricacioacuten de biogaacutes cuando se emplean las membranas seleccionadas reportadas en la tabla 311 La operacioacuten del sistema estudiado se realiza a temperatura am-biente y presioacuten atmosfeacuterica

Se efectuacutea el caacutelculo de la trayectoria libre media mediante la ecuacioacuten 223 conociendo la masa molar y la viscosidad del biogaacutes (tabla 11) se obtiene que λ = 53610-8 m y con ella se identica el tipo de difusioacuten que ocurre en las membra-nas para lo cual es necesario determinar el nuacutemero de Knudsen (ecuacioacuten 222) conociendo el radio de los poros de la membrana viacutetrea y de zeolita natural cu-bana que se muestra en las tablas 24 y 32 Ademaacutes de mostrar la densidad de ujo molar de H2S(g) (NA) se observa en la tabla 313 los valores de densidad de ujo maacutesico de H2S(g) (WA) para el proceso de puricacioacuten de biogaacutes empleando ambos tipos de membranas reportaacutendose en la tabla A9 de los anexos los resul-tados de los caacutelculos intermedios

Tabla 313 Valores promedios de densidad de ujo molar y maacutesico de H2S(g) en el proceso de puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas seguacuten el modelo fenomenoloacutegico

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

NKn (-)NA 1011

(kmolm2s)WA 109 (kgm2s)

Viacutetrea 316 lt 0067 00015 552 188Zeolita natural cubana 237 lt 0067 00099 578 197

Como se observa en la tabla 313 en ambas membranas tiene lugar la difu-sioacuten molecular de gases o de Fick ya que el nuacutemero de Knudsen (NKn) es menor que 001 (Ortega y col 2016) Este resultado se considera un aporte de la inves-tigacioacuten y por tanto el caacutelculo de la densidad de ujo molar de H2S(g) se realiza a partir de la ecuacioacuten 229 seguacuten las consideraciones expuestas en el epiacutegrafe 24 y tomando los valores de difusividad efectiva del H2S(g) en las membranas que aparecen en la tabla 38

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En la tabla 313 se observa que los valores de densidad de ujo molar y maacute-sico de H2S(g) en el proceso de puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana son similares No obstante en la membrana viacute-trea se alcanzan resultados ligeramente superiores a los de la membrana de zeolita natural cubana lo que estaacute en correspondencia con las caracteriacutesticas estructura-les y con la diferencia entre el espesor de ambas membranas seguacuten se reporta en el epiacutegrafe 31 Este comportamiento coincide totalmente con los resultados ex-puestos en el epiacutegrafe 33

342 Resultados experimentales

Con el propoacutesito de conocer la densidad de ujo molar y maacutesico de H2S(g) a par-tir de los resultados experimentales se emplean las ecuaciones que aparecen en el epiacutegrafe 25 Teniendo en cuenta que la transferencia de masa ocurre en un soacutelido poroso a continuacioacuten se reportan los resultados del aacuterea de transferencia de las membranas seleccionadas para continuar realizando el proceso de puricacioacuten de biogaacutes conociendo las caracteriacutesticas estructurales considerando que la esferici-dad de las partiacuteculas es 065 (McCabe y col 1998) los valores de porosidad ex-puestos en la tabla 34 y el volumen de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana es 127710-5 m3 y 137710-5 m3 respectivamente

En la tabla 314 se observan los valores promedios del aacuterea de transferencia para ambos tipos de membranas y los resultados de los caacutelculos intermedios reali-zados para obtener dichos valores se reportan en la tabla A10 de los anexos

Tabla 314 Aacuterea de transferencia de las membranas

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

(mm)as10-6 (m-1)

Ap (m2)

Viacutetrea 316 lt 0067 00015 552Zeolita natural cubana 237 lt 0067 00099 578

Como se aprecia en la tabla 314 el aacuterea de transferencia de la membrana viacute-trea es similar al de la membrana de zeolita natural cubana Este comportamiento

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se debe a que la porosidad de ambas membranas es similar y por tanto es de es-perar que el aacuterea supercial especiacuteca del medio poroso (as) y el aacuterea de transfe-rencia de las membranas lo sean tambieacuten

Por tanto conociendo el aacuterea de transferencia que ofrecen las membranas se realiza el caacutelculo de la densidad de ujo molar y maacutesico de H2S(g) seguacuten los re-sultados experimentales para el ujo de operacioacuten 15 Lh empleando las ecuacio-nes 230 y 231 En la tabla 315 se observan los paraacutemetros que son constantes durante la puricacioacuten de biogaacutes fraccioacuten volumeacutetrica de H2S(g) inicial (xAi) ujo volumeacutetrico inicial de H2S(g) (Q(H2S)i) relacioacuten densidadmasa molar de H2S(g) (d(H2S)M(H2S)) y ujo molar de H2S(g) inicial (nAi)

Tabla 315 Paraacutemetros constantes en la puricacioacuten de biogaacutes

Paraacutemetros Valor Paraacutemetros Valor

xAi (-) 00178 d(H2S)M(H2S) 002076Q(H2S)i (m

3s) (15 Lh) 741710-8 nAi(kmols) (15 Lh) 154010-9

Despueacutes de efectuar la puricacioacuten de biogaacutes empleando las membranas viacute-treas y de zeolita natural cubana se obtienen los valores promedio de densidad de ujo molar y maacutesico de H2S(g) seguacuten los resultados experimentales (NAexp) que se reportan en la tabla 316 y en la tabla A11 de los anexos donde se muestran los resultados de los caacutelculos intermedios para ambas membranas

Tabla 316 Valores promedios de densidad de ujo molar y maacutesico de H2S(g) en el proceso de puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas seguacuten los resultados experimentales

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

(mm)NA 1011

Los valores promedios de densidad de ujo molar y maacutesico de H2S(g) en el proceso de puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas viacutetreas y de zeolita

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natural cubana seguacuten los resultados experimentales que se reportan en la tabla 316 tienen un comportamiento similar para ambos tipos de membranas lo cual estaacute en correspondencia con los resultados de remocioacuten de H2S(g) que se expo-nen en el epiacutegrafe 33 y con la diferencia entre el aacuterea de transferencia de ambas membranas

343 Comparacioacuten de la densidad de ujo molar de H2S(g) seguacuten el modelo fe-nomenoloacutegico y los resultados experimentales

A partir de los resultados que se exponen en los subepiacutegrafes 341 y 342 se ob-tienen los valores promedios de la densidad de ujo molar y maacutesico de H2S(g) empleando la membrana viacutetrea con 316 g de ZnO(s) y diaacutemetro de partiacuteculas de carboacuten vegetal menor que 0067 mm y de zeolita natural cubana con 237 g de ZnO(s) e igual diaacutemetro de partiacuteculas de carboacuten vegetal para un ujo de opera-cioacuten de 15 Lh condiciones que fueron seleccionadas para la operacioacuten del sis-tema de puricacioacuten de biogaacutes En la tabla 317 se reportan estos valores y el error relativo existente entre los mismos

Tabla 317 Comparacioacuten de los valores promedios de la densidad de ujo molar y maacutesico de H2S(g) seguacuten el modelo fenomenoloacutegico y los resultados experimentales

en la puricacioacuten de biogaacutes

MembranasNA 1011 (kmolm2s) WA 109 (kgm2s)

Modelo fenomenoloacutegico

Resultados experimentales

Viacutetrea 552 583 562 188 198 532Zeolita natural cubana

578 568 173 197 193 203

Se observa en la tabla 317 que en ambos tipos de membranas el mo-delo fenomenoloacutegico es vaacutelido aunque se ajusta mejor a los resultados expe-rimentales en el caso de las membranas de zeolita natural cubana Despueacutes

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de calcular el porcentaje de error menor que 10 los resultados se conside-ran adecuados debido a la complejidad de los fenoacutemenos de adsorcioacuten que se maniestan en el proceso de remocioacuten de H2S(g) y a los errores que pudieron existir en la medicioacuten de H2S(g) tales como el llenado de las bolsas y la satu-racioacuten de los sensores

Ademaacutes en la gura C13 de los anexos se presenta la comparacioacuten de la re-mocioacuten de H2S(g) seguacuten los resultados experimentales los modelos estadiacutesticos y fenomenoloacutegicos para ambas membranas En la misma se observa que los resul-tados del modelo fenomenoloacutegico se corresponden con los experimentales y en el modelo estadiacutestico la diferencia en el comportamiento se debe a que este modelo no considera todos los procesos que intervienen en la remocioacuten de H2S(g) para la membrana de zeolita natural cubana

35 Tratamiento de las membranas al concluir el tiempo de operacioacuten

351 Tiempo de operacioacuten de las membranas

Con el propoacutesito de conocer el tiempo de operacioacuten de la membrana viacutetrea y de zeolita natural cubana empleadas en la puricacioacuten de biogaacutes se realiza un estudio de nueve membranas de cada tipo efectuando diariamente tres medi-ciones de la composicioacuten nal de H2S(g) en el biogaacutes hasta que este alcanza el LMP para el H2S(g) seguacuten la norma vigente de referencia (NOM-137-SEMAR-NAT-2003 2003) En las guras 314 y 315 respectivamente se observa el com-portamiento de la composicioacuten nal promedio de H2S(g) con respecto al tiempo para las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana empleadas en la puri-cacioacuten de biogaacutes En ambas se muestra que con el tiempo la composicioacuten nal promedio de H2S(g) va aumentando indicando que las membranas viacutetreas con 316 g de ZnO(s) y el menor diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten vegetal tienen un tiempo de operacioacuten de 91 diacuteas y en cambio en las membranas de zeolita na-tural cubana con 237 g de ZnO(s) y el menor diaacutemetro de las partiacuteculas de car-boacuten vegetal el tiempo de operacioacuten es de 103 diacuteas ligeramente superior al de las membranas viacutetreas

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Este comportamiento estaacute relacionado con las propiedades de la zeolita como material adsorbente ya que la remocioacuten de H2S(g) se atribuye a la ocurrencia de dos fenoacutemenos la adsorcioacuten fiacutesica y quiacutemica en las membranas de zeolita natural cubana mientras que en las viacutetreas solamente ocurre la adsorcioacuten quiacutemica como se explica en el epiacutegrafe 33 La autora considera este tiempo de operacioacuten como el tiempo de agotamiento de ambas membranas teniendo en cuenta que el biogaacutes a partir de ese momento deja de cumplir con el LMP para el H2S(g) (01) que establece la norma vigente de referencia (NOM-137-SEMARNAT-2003 2003)

Figura 314 Comportamiento de la composicioacuten nal promedio de H2S(g) en el biogaacutes con respecto al tiempo empleando las membranas viacutetreas

Figura 315 Comportamiento de la composicioacuten nal promedio de H2S(g) en el biogaacutes con respecto al tiempo empleando las membranas de zeolita natural cubana

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Ademaacutes en la gura C14 (a y b) de los anexos se observa la variacioacuten con respecto al tiempo de la masa de H2S(g) que se remueve por cada gramo de vidrio o zeolita natural cubana maacutes ZnO(s) que se emplea en la siacutentesis de estas mem-branas respectivamente En la gura C15 (a y b) de los anexos la variacioacuten del volumen de H2S(g) que se remueve por cada m3 de membrana viacutetrea o de zeolita natural cubana con el tiempo respectivamente y por uacuteltimo en la gura C16 (a y b) de los anexos se observa la variacioacuten de la masa de H2S(g) que se remueve por m3 de biogaacutes tratado en una hora empleando cada tipo de membrana En todos los casos se aprecia una disminucioacuten de los paraacutemetros considerados con respecto al tiempo indicando que ha disminuido la capacidad de ambas membranas en la remocioacuten de H2S(g)

352 Composicioacuten quiacutemica caracteriacutesticas de las membranas al concluir el tiempo de operacioacuten

Al transcurrir 60 diacuteas de la puricacioacuten de biogaacutes se procede a determinar la composicioacuten quiacutemica de tres membranas de cada tipo mediante difraccioacuten de rayos X En las guras 316 y 317 se muestra el resultado para una membrana viacutetrea con 316 g de ZnO(s) y menor diaacutemetro de partiacuteculas de carboacuten vegetal y una membrana de zeolita natural cubana con 237 g de ZnO(s) y menor diaacute-metro de partiacuteculas de carboacuten vegetal respectivamente En ambas se observa la formacioacuten de sulfuro de zinc (ZnS(s)) Esto evidencia la ocurrencia de la reac-cioacuten quiacutemica que se representa en la ecuacioacuten 32 con lo cual se corroboran los resultados que se plantean en el subepiacutegrafe 331 atribuyendo en este caso la remocioacuten de H2S(g) a la adsorcioacuten con reaccioacuten quiacutemica debido a la presencia del ZnO(s) en las membranas sintetizadas Estos resultados indican que al con-cluir el tiempo de operacioacuten de las membranas seraacute auacuten mayor la presencia del ZnS(s) en las mismas

Despueacutes de conocer el tiempo de operacioacuten y la composicioacuten quiacutemica de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana empleadas en la puricacioacuten de biogaacutes se determina el comportamiento de las caracteriacutesticas estructurales y fun-cionales de las membranas

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En las tablas 318 y 319 se reporta la variacioacuten de las caracteriacutesticas estructu-rales y funcionales de seis membranas de cada tipo despueacutes de tres meses de tra-bajo ininterrumpido

Figura 316 Difraccioacuten de rayos X efectuada a la membrana viacutetrea con 316 g de ZnO(s)

Figura 317 Difraccioacuten de rayos X efectuada a la membrana de zeolita natural cubana con 237 g de ZnO(s)

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εi Porosidad inicial de las membranasεf Porosidad nal de las membranasτi Tortuosidad inicial de las membranasτf Tortuosidad nal de las membranas

Como se puede observar en la tabla 318 hay variacioacuten de las dos caracteriacutesti-cas estructurales estudiadas en las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana Los porcentajes de variacioacuten para ambos tipos de membranas son superiores al 40 y para las de zeolita natural cubana resultaron mayores que los correspon-dientes a las viacutetreas Este comportamiento es el esperado ya que con la membrana de zeolita natural cubana se alcanza mayor porcentaje de remocioacuten de H2S(g) que con la membrana viacutetrea y es de esperar que sea mayor la cantidad de ZnS(s) for-mada ademaacutes de la adsorcioacuten del H2S(g) en la supercie de los poros de la mem-brana de zeolita natural cubana ocurre simultaacuteneamente el proceso de adsorcioacuten con reaccioacuten quiacutemica que se representa en la ecuacioacuten 32

En la tabla 319 se observa la variacioacuten de las caracteriacutesticas funcionales de las mem-branas al concluir el proceso de puricacioacuten en el tiempo estudiado En ella se muestra que la variacioacuten de las mismas es mayor en las membranas de zeolita natural cubana lo que estaacute en correspondencia con las variaciones de las caracteriacutesticas estructurales

Despueacutes de identicar formacioacuten de ZnS(s) en las membranas y de conocer la variacioacuten de las caracteriacutesticas estructurales y funcionales en las mismas y te-niendo en cuenta que de continuar utilizando estas membranas en la puricacioacuten de biogaacutes no se cumpliriacutea con el LMP para el H2S(g) que establece la norma vi-gente de referencia (NOM-137-SEMARNAT-2003 2003) se decide detener la puricacioacuten de biogaacutes con dichas membranas y proponer el tratamiento para su

Membranas εi (-) εf (-) Variacioacuten τi (-) τf (-) Variacioacuten

Viacutetreas 03482 02079 4028 287 320 6748Zeolita natural cubana

03681 02099 4296 272 312 7537

Tabla 318 Variacioacuten de las caracteriacutesticas estructurales de las membranas al concluir el tiempo de operacioacuten

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limpieza con el objetivo de tenerlas en condiciones para que puedan ser emplea-das en diferentes nes

353 Tratamiento de limpieza con aire

El tratamiento de limpieza con aire que se representa en la gura 24 se efectuacutea para nueve membranas de cada tipo al concluir los tres meses de operacioacuten Al transcurrir siete horas del proceso de limpieza con aire para las membranas viacutetreas con 316 g de ZnO(s) la caiacuteda de presioacuten (∆P) se mantiene constante (gura 318) y se detiene el tratamiento de limpieza Ademaacutes la remocioacuten de los soacutelidos ocluidos en los poros de las membranas viacutetreas empleadas en la puricacioacuten de biogaacutes se comprueba al com-parar la masa promedio de las membranas viacutetreas antes (172134 g) y despueacutes del tra-tamiento de limpieza con aire (164125 g) evidenciando su disminucioacuten

Para las membranas de zeolita natural cubana con 237 g de ZnO(s) la caiacuteda de presioacuten (∆P) variacutea hasta que transcurren siete horas del proceso de limpieza con aire tiempo a partir del cual se mantiene constante (gura 319)

Tambieacuten en las membranas de zeolita natural cubana la remocioacuten de los soacute-lidos ocluidos en los poros se comprueba al comparar el valor promedio de la masa de las membranas de zeolita natural cubana al iniciar (198156 g) y concluir (192047 g) el tratamiento de limpieza con aire

Este tratamiento para ambos tipos de membranas muestra resultados satis-factorios ya que al concluir la caiacuteda de presioacuten estaacute proacutexima al valor antes de ini-ciar el proceso de puricacioacuten de biogaacutes 2 09857 Pa para las membranas viacutetreas y 2 10837 Pa para las de zeolita natural cubana

Membranaski 1016

(m2)kf 1016

(m2)Variacioacuten

De 106 (m2s)

De 107 (m2s)

Variacioacuten

567 354 3757 272 855 6749

Tabla 319 Variacioacuten de las caracteriacutesticas funcionales de las membranas al concluir el proceso de puricacioacuten de biogaacutes

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ki Permeabilidad inicial de las membranas (m2)kf Permeabilidad nal de las membranas (m2)De Difusividad efectiva inicial del H2S(g) en las membranas (m2s)De Difusividad efectiva nal del H2S(g) en las membranas (m2s)

Figura 318 Resultados del tratamiento de limpieza con aire para la membrana viacutetrea de 316 g de ZnO(s)

Figura 319 Resultados del tratamiento de limpieza con aire para la membrana de zeolita natural cubana de 237 g de ZnO(s)

Durante la limpieza de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana se propone recuperar el ZnS(s) el cual puede ser empleado como pigmento blanco

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en pinturas lacas papel y plaacutestico (Sachtleben 2014) Ademaacutes una vez elimi-nado el ZnS(s) las membranas viacutetreas podriacutean utilizarse en la industria de la ce-raacutemica o como materia prima para sustituir el feldespato de uso tradicional para la produccioacuten de vidrios soacutedico-caacutelcicos con lo cual se mejorariacutean algunas de sus propiedades fiacutesicas y quiacutemicas (Jordaacuten 2007) y las membranas de zeolita natural cubana como abono en la agricultura

36 Propuesta del sistema de puricacioacuten de 14 m3 de biogaacutes diario

Partiendo del impacto social sobre el medio ambiente y los materiales de cons-truccioacuten que trae consigo la puricacioacuten de biogaacutes asiacute como de los diferentes aspectos reportados en la literatura consultada (Berstad 2012) se realiza una propuesta para tratar mayor cantidad de biogaacutes En la gura 320 se muestran los equipos y las etapas propuestas para la puricacioacuten de biogaacutes

Figura 320 Esquema del proceso para la puricacioacuten de 14 m3 de biogaacutes diario

Este tratamiento requiere de cuatro membranas con sus soportes y ocho vaacutel-vulas y podriacutea ser empleado por pequentildeos agricultores para la puricacioacuten de biogaacutes que generan en su propio terreno a partir de conocer que de los biodiges-tores maacutes pequentildeos (4 m3) en Cuba se obtienen 14 m3 de biogaacutes por diacutea (Sosa y col 2014)

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37 Valoracioacuten econoacutemica

A partir de las consideraciones expuestas en el epiacutegrafe 27 y del esquema tecno-loacutegico que se muestra en la gura 320 se procede a calcular el costo anual del proceso de puricacioacuten de 14 m3 de biogaacutes diario empleando las membranas viacute-treas y de zeolita natural cubana Para ello se determinan el costo de produccioacuten de las membranas y el costo de los materiales necesarios para efectuar la puri-cacioacuten de biogaacutes Ademaacutes se calculan los ahorros asociados al proceso de puri-cacioacuten y el impacto positivo sobre el medio ambiente que implica la obtencioacuten y puricacioacuten de biogaacutes

371 Costo de produccioacuten de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana

El caacutelculo del costo de produccioacuten de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana se realiza con el propoacutesito de obtener el costo unitario de produccioacuten por aacuterea de las membranas El anaacutelisis se efectuacutea para un lote de 10 membranas a par-tir de la ecuacioacuten 239 donde se muestra la expresioacuten para el caacutelculo del costo de produccioacuten de las membranas a partir del costo de las materias primas de las fa-cilidades auxiliares y el de la transportacioacuten de las materias primas

Costo de las materias primasPara conocer el costo de las materias primas utilizadas en la siacutentesis de las mem-branas viacutetreas (Mv) con 316 g de ZnO(s) y de zeolita natural cubana (Mz) con 237 g de ZnO(s) se emplea la ecuacioacuten 240 considerando la informacioacuten que ofrecen las tablas 21 y 22 sobre la composicioacuten de estas membranas y los valores que se reportan en la tabla 320 para el costo unitario de las materias primas Ade-maacutes se evidencia que en un lote de las membranas viacutetreas con 316 g de ZnO(s) el costo de las materias primas es superior al de las membranas de zeolita natural cubana con 237 g de ZnO(s) Este resultado es un aspecto maacutes a considerar que favorece el empleo de las membranas de zeolita natural cubana con respecto a las viacutetreas en la puricacioacuten de biogaacutes ya que para eliminar del biogaacutes praacutecticamente la misma cantidad de H2S(g) las membranas viacutetreas requieren mayor cantidad de ZnO(s) con lo cual se encarece el proceso

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Costo de las facilidades auxiliaresEl costo de las facilidades auxiliares se determina a partir de la ecuacioacuten 241 co-nociendo la energiacutea que consumen los equipos que se emplean en la siacutentesis de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana seguacuten el epiacutegrafe 212 En la tabla A12 de los anexos se reporta el costo de la energiacutea consumida por los equi-pos y las luminarias de los locales a partir del tiempo de operacioacuten y los datos brindados por el fabricante de cada equipo siendo de 231 CUP para un lote de membranas viacutetreas y de 175 CUP para un lote de membranas de zeolita natural cubana La diferencia entre ambos valores se debe a que los tiempos de operacioacuten del molino y la mua son diferentes en la siacutentesis de ambos tipos de membranas

Costo de transportacioacuten de las materias primasEl costo de transportacioacuten de las materias primas se reporta en la tabla 321 y se obtiene a partir de la expresioacuten 242 considerando que el vidrio de borosilicato proviene de la Unidad Empresarial de Base ldquoVidrios Lisardquo y la zeolita natural cu-bana y el carboacuten vegetal proceden del CIPIMM y todos se trasladan hacia la Uni-versidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae

Tabla 320 Costo de las materias primas para la siacutentesis de un lote de membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana

Materias primasCosto unitario

(CUCg - CUCL)

Cantidad utilizada (g o L)

Costo (CUC)

Mv Mz Mv Mz

Vidrio de borosilicato - 12630 - - -Zeolita Tasajera - - 15840 - -Carboacuten vegetal - 4210 1000 - -

Etilenglicol 2100 003 003 063 063Oacutexido de zinc 005 3160 2370 158 119

Total 221 182

Fuente Costos obtenidos de (Baacutercenas 2014) los cuales fueron actualizados para el 2016

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A partir de los resultados que brinda la tabla 321 se obtiene que el costo de transportacioacuten de las materias primas que se emplean en la siacutentesis de las mem-branas viacutetreas es 230 CUC y el de las materias primas que se emplean en la siacuten-tesis de las membranas de zeolita natural cubana es 184 CUC

Costo de produccioacuten unitarioPor tanto seguacuten la ecuacioacuten 239 y tomando en cuenta el criterio de contravalor monetario donde 1 CUP= 1 CUC en la tabla 322 se resumen los resultados an-teriores y se reporta el costo de produccioacuten de un lote de membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana

Tabla 321 Costo de transportacioacuten de las materias primas

Materias primas Distancia (km) Costo (CUC)

Vidrio de borosilicato 15 138Zeolita natural cubana 12 092

Carboacuten vegetal 12 092

Tabla 322 Costo de produccioacuten de un lote de membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana

MembranasCosto

materias primas ($)

Costo facilidades

auxiliares ($)

Costo transportacioacuten

Costo de produccioacuten

($)Viacutetreas 221 231 230 682

Zeolita natural cubana 182 175 184 541

Si cada lote estaacute formado por diez membranas el costo unitario de produc-cioacuten de las membranas viacutetreas es $ 068 y el de las membranas de zeolita natural cubana es $ 054 En la literatura (Gorgojo 2010) se reporta el costo unitario de produccioacuten de membranas inorgaacutenicas de materiales macroporosos las cuales se utilizan para separar mezclas gaseosas con un alto grado de selectividad donde su valor estaacute alrededor de 2 700 $m2 Conociendo que las membranas viacutetreas y de

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zeolita natural cubana conformadas a escala de laboratorio tienen un aacuterea 0002 m2 se puede comparar el costo unitario de produccioacuten de las membranas viacutetreas (341 $m2) y de zeolita natural cubana (270 $m2) con respecto a las reportadas por (Gorgojo 2010) Por tanto las membranas viacutetreas y de zeolita natural cu-bana que se obtienen en este trabajo tienen un costo 8 y 10 veces inferior respec-tivamente al precio de las membranas macroporosas disponibles en el mercado internacional

De lo anterior se puede armar que las membranas obtenidas ofrecen venta-jas econoacutemicas Es importante sentildealar que para un resultado maacutes completo y pre-ciso se deben antildeadir otros costos como los de distribucioacuten mano de obra entre otros No obstante la propuesta que aquiacute se presenta tiene un costo de produc-cioacuten menor que el precio de las membranas empleadas hasta el momento a nivel internacional para estos nes por lo que se considera una opcioacuten atractiva desde el punto vista econoacutemico considerando ademaacutes que es una alternativa de factura nacional

372 Costo de los materiales necesarios para el proceso de puricacioacuten de biogaacutes

Despueacutes de conocer el costo de produccioacuten de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana se realiza el caacutelculo del costo de los materiales necesarios para el proceso de puricacioacuten de biogaacutes considerando que el biodigestor de capacidad de 4 m3 disponible en Cuba genera 14 m3 de biogaacutes por diacutea seguacuten datos suminis-trados por el Centro Nacional de Promocioacuten y Desarrollo del Biogaacutes (Diacuteaz 2013)

El caacutelculo del costo de los materiales necesarios para el proceso de purica-cioacuten del biogaacutes se efectuacutea con el propoacutesito de conocer la inversioacuten que es necesa-ria realizar para instalar el sistema de puricacioacuten de biogaacutes a partir del esquema tecnoloacutegico que se ilustra en la gura 320 y teniendo en cuenta que el sistema de tratamiento es similar al reportado en la literatura consultada (Fabelo y col 2005) Considerando que el costo de adquisicioacuten de cada una de las membra-nas pudiera estimarse como un 30 superior al costo de produccioacuten de las mis-mas (Fernaacutendez y col 2013) cada membrana viacutetrea y de zeolita natural cubana se podriacutea adquirir a un precio de $ 088 y $ 070 respectivamente Ademaacutes en la tabla 323 se reporta el costo de adquisicioacuten de las membranas los soportes de las

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membranas las bolsas de nailon para el almacenamiento del biogaacutes y las vaacutelvulas necesarias para el sistema de puricacioacuten

Tabla 323 Costo de adquisicioacuten del equipamiento materiales y accesorios

Equipo o material Cantidad CAETunitario ($) CAETtotal ($)

Membrana Viacutetreas 16 088 1408Membrana

Zeolita natural cubana16 070 1120

Soporte para membranas 5 146 730Bolsas de nailon (15 m3) 5 045 225

Vaacutelvulas 8 092 736

Teniendo en cuenta que es un estudio de prefactibilidad en la fase preinver-sioacuten donde auacuten no se dispone de toda la informacioacuten necesaria se estiman di-chos costos con plusmn 30 de precisioacuten con respecto a los valores que se reportan en la tabla 322 siendo posible determinar que el costo de los materiales necesarios para el proceso de puricacioacuten de biogaacutes empleando las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana es de 3099 $antildeo y 2811 $antildeo respectivamente Por tanto para un biodigestor que genera 14 m3 de biogaacutes diario (511 m3antildeo) el costo de puricacioacuten de cada m3 de biogaacutes es de $ 006 cuando se emplean las membranas viacutetreas y de $ 005 cuando se emplean las membranas de zeolita na-tural cubana

Los resultados anteriores permiten comparar el costo del proceso de purica-cioacuten de biogaacutes empleando membranas con otros meacutetodos de puricacioacuten que se reportan en la literatura consultada (Llaneza 2010) Por ejemplo el proceso de puricacioacuten de 1 m3 de biogaacutes empleando las membranas es 48 maacutes barato que el meacutetodo de puricacioacuten por lavado

El empleo del biogaacutes como fuente de energiacutea se va incrementando cada vez en el mundo dado sus potencialidades En Cuba continuacutea creciendo su uso en la coccioacuten de los alimentos y la generacioacuten de electricidad (Sosa y col 2014) dando respuesta a las legislaciones cubanas vigentes (Ley No 81 1997) (Norma

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Cubana 27 2012) donde se establece que el tratamiento de los residuos porcinos es de obligatorio cumplimiento

Conociendo a partir de la literatura consultada (Diacuteaz 2013) que 1 m3 de biogaacutes representa la generacioacuten de 18 kWh de electricidad el ahorro de 060 L de gasolina 045 kg de diesel 133 kg de madera 007 kg de carboacuten o 033 m3 de gas licuado entonces al puricar 14 m3 de biogaacutes por diacutea se proporcionariacutean ingresos por concepto de ahorro de otras fuentes de energiacutea al disponer del biogaacutes en condiciones de ser utilizado seguacuten se reporta en la tabla 324

Tabla 324 Ahorro de otras fuentes de energiacutea al disponer de 14 m3 de biogaacutes puricado diariamente

Fuentes de energiacutea Ahorro diario Ahorro anual

Electricidad (kWh) 252 91980 Gasolina motor (L) 084 30660

Diesel (kg) 065 23725Madera (kg) 186 67890Carboacuten (kg) 01 3650

Gas licuado (m3) 046 16790

Ademaacutes una vez efectuado el tratamiento de limpieza el empleo de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana en la agricultura la industria ce-raacutemica y de pinturas constituye un valor agregado de la propuesta que se realiza en este trabajo

Asimismo con la puricacioacuten de 511 m3 de biogaacutes en un antildeo seguacuten datos del Grupo Nacional de Biogaacutes (Diacuteaz 2013) se dejariacutean de emitir 383 tonela-das de CO2(g) se ahorrariacutean 024 toneladas de petroacuteleo y se obtendriacutean 256 to-neladas de abono orgaacutenico y por tanto disminuiriacutea la carga contaminante que se emitiriacutea al medio ambiente Razones que demuestran la importancia que tiene la temaacutetica que aborda el presente trabajo pues contribuye a puricar biogaacutes por un meacutetodo de factura nacional que se basa en el empleo de desechos viacutetreos que se generan en la Unidad Empresarial de Base ldquoVidrios Lisardquo disminuyendo el im-pacto ambiental negativo sobre el medio ambiente que provoca la actividad del

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hombre Asiacute como tambieacuten el empleo de un producto natural para la siacutentesis de las membranas contribuye a que paiacuteses en viacuteas de desarrollo como Cuba dispon-gan de un meacutetodo con ventajas econoacutemicas para la puricacioacuten de biogaacutes

1 El procedimiento para la siacutentesis de las membranas de zeolita natural cu-bana consiste en moler y tamizar las materias primas hasta obtener el diaacute-metro de partiacutecula deseado pesar y mezclar las materias primas que la componen adicionando el etilenglicol prensar la mezcla obtenida colo-car la mezcla prensada en el horno realizar el tratamiento teacutermico estable-cido en este trabajo (aumentar la temperatura hasta 450 y 500degC en las que se mantienen por 10 minutos en cada una se llevan a 550degC donde permanecen 90 minutos luego sin abrir el horno se dejan enfriar hasta al-canzar la temperatura ambiente) y extraer las membranas del horno

2 La caracterizacioacuten estructural de las membranas de zeolita natural cubana y funcional de ambos tipos de membranas permitioacute determinar el radio de los poros (268-367010-6 m) porosidad entre 03678 y 06211 tor-tuosidad entre 161 y 272 permeabilidad entre 41710-16 m2 y 19610-16 m2 y difusividad efectiva del H2S(g) en las membranas entre 26210-6 m2s y 74810-6 m2s comprobando la variacioacuten de estas caracteriacutesticas con res-pecto a la masa de ZnO(s) y el diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten vege-tal empleados en la siacutentesis de las membranas

3 Al emplear las membranas viacutetreas en la puricacioacuten de biogaacutes se alcan-zan porcentajes de remocioacuten de H2S(g) entre 0 y 9887 y de 143 hasta 9969 cuando se emplean las membranas de zeolita natural cubana in-uyendo signicativamente en dicho proceso la masa de ZnO(s) el ujo de operacioacuten y el diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten vegetal removiendo a su vez CO2(g) y mantenieacutendose praacutecticamente la misma cantidad de CH4(g) en el biogaacutes

4 La desulfuracioacuten del biogaacutes empleando membranas viacutetreas ocurre me-diante un proceso de adsorcioacuten quiacutemica y en las membranas de zeolita na-tural cubana por medio de adsorcioacuten quiacutemica y fiacutesica

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5 De las condiciones estudiadas para efectuar la puricacioacuten de biogaacutes las mejores son ujo de operacioacuten de 15 Lh membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana con 316 g y 237 g de ZnO(s) respectivamente y diaacuteme-tro de partiacuteculas de carboacuten vegetal menor que 0067 mm

6 Al comparar los valores de la densidad de ujo molar de H2S(g) obteni-dos a partir de los resultados experimentales con los del modelo fenome-noloacutegico a partir de la ley de Fick se puede armar que este describe con un error inferior al 10 los procesos que permiten la remocioacuten de H2S(g) empleando membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana

7 Las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana tienen un tiempo de operacioacuten de 91 y 103 diacuteas respectivamente para la puricacioacuten de bio-gaacutes y al concluir este las caracteriacutesticas estructurales y funcionales variacutean en maacutes de un 30 seleccionaacutendose el tratamiento de limpieza con aire para la eliminacioacuten de los soacutelidos formados durante el proceso de remo-cioacuten de H2S(g) y denir la disposicioacuten nal de las membranas

8 El empleo de 16 membranas viacutetreas o de zeolita natural cubana en un antildeo permitiraacute la puricacioacuten de 14 m3 de biogaacutes diario siendo el costo del proceso de puricacioacuten de biogaacutes igual a 006 $m3 y 005 $m3 res-pectivamente

1 Las membranas de zeolita natural cubana se obtienen moliendo tami-zando pesando y mezclando las materias primas adicionaacutendole etilengli-col prensando la mezcla y colocaacutendola en el horno donde se realiza el tratamiento teacutermico aumentando la temperatura hasta 450 y 500degC en las que se mantienen por 10 minutos llevaacutendolas a 550degC donde perma-necen 90 minutos y continuando en el interior del equipo hasta alcanzar la temperatura ambiente

2 Las membranas de zeolita natural cubana son macroporosas con radio de poros entre 268 y 273 10-6 m porosidad entre 03678 y 03705 tortuo-sidad entre 270 y 272 permeabilidad entre 548 y 72910-16 m2 y difusi-vidad efectiva entre 262 y 26610-6 m2s en funcioacuten de su composicioacuten

3 Las membranas viacutetreas con 316 g y las de zeolita natural cubana con 237 g de ZnO(s) y el menor diaacutemetro de las partiacuteculas de carboacuten vegetal per-miten puricar el biogaacutes cumpliendo la norma vigente de referencia para el H2S(g) que lo contiene

4 La transferencia de masa en las membranas viacutetreas y de zeolita natural cu-bana ocurre mediante el mecanismo de difusioacuten de Fick siendo la den-sidad de ujo molar de H2S(g) igual a 552middot10-11 kmolm2s y 578middot10-11 kmolm2s respectivamente

4 CONCLUSIONES

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5 Se propone un procedimiento de limpieza con aire para las membranas viacute-treas y de zeolita natural cubana empleadas en la puricacioacuten de biogaacutes a un ujo de 30 Lh durante un tiempo de siete horas

6 El costo de puricacioacuten de 14 m3 de biogaacutes diario empleando las mem-branas viacutetreas y de zeolita natural cubana es 008 $ y 007 $ respectiva-mente

1 Realizar el escalado de las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana estudiadas para analizar las caracteriacutesticas estructurales y funcionales asiacute como el comportamiento en la puricacioacuten de 18 m3 de biogaacutes diario

2 Simular el proceso de puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas en otras condiciones de operacioacuten

5 RECOMENDACIONES

1 ABU-EIN S Numerical and analytical study of exhaust gases ow in porous media with applications to diesel particulate lters American J of Engineering and Applied Saciences 2 1 70-75 2009

2 AL-AMOUDI D LOVITT R W Fouling strategies and the cleaning sys-tem of NF membranes and factors aecting cleaning eciency Journal of Membrane Science 303 4-28 2007

3 AacuteLVAREZ A R SOLIacuteS J A DURAacuteN C Coecientes de difusividad apa-rente durante la extraccioacuten de aceite de almendras de zapote mamey Tecnol Ciencia Ed IMIQ 16 1 20-27 2001

4 BAERLOCHER C MEIER W M OLSON D H Atlas of zeolite fra-mework types Elsevier Amsterdam e Netherlands 2002

5 BAKER R W Future directions of membrane gas separation technology Ind Eng Chem Res 1393-1411 2002

6 BAacuteRCENAS L Obtencioacuten de placas viacutetreas ltrantes bactericidas Trabajo de diploma para optar por el tiacutetulo de Ingeniero Quiacutemico Centro de Estudios de Ingenieriacutea de Procesos Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad Tecnoloacute-gica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2009

7 BAacuteRCENAS L Obtencioacuten de membranas viacutetreas para tratamientos de resi-duales liacutequidos Tesis de maestriacutea para optar por el tiacutetulo de Maacutester en Anaacutelisis

6 REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

Lianys Ortega Viera

y Control de Procesos Centro de Estudios de Ingenieriacutea de Procesos Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2014

8 BASU S KHAN A L CANO A LIU CH VANKELECOM I Mem-brane-based technologies for biogas separations Chem Soc Rev 39 750-768 2010

9 BATTERSBY S TASAKI T SMART S LADEWIG B LIU S DUKE M C RUDOLPH V DINIZ DA COSTA J C Performance of cobalt si-lica membranes in gas mixture separation J Membr Sci 329 91ndash98 2009

10 BEIL M HOFFSTEDE U Guidelines for the implementation and ope-ration of biogas upgrading systems BIOGASMAX ndash Integrated Project No 019795 2010 Disponible en wwwbiogasmaxeu Visitado el 11 de diciem-bre de 2014

11 BENAVENTE D BERNABEacuteU A M CANtildeAVERAS J C Estudio de las propiedades fiacutesicas de las rocas Ensentildeanza de las Ciencias de la Tierra 12 1 62-68 2004

12 BENIacuteTEZ J Principles and modern applications of mass transfer opera-tions 2nd Edition John Wiley and Sons Inc Publications Estados Uni-dos 2002

13 BENITO J M CONESA A RODRIacuteGUEZ M A Membranas ceraacutemi-cas Tipos meacutetodos de obtencioacuten y caracterizacioacuten Bol Soc Esp Ceraacutem V 43 5 829-842 2004

14 BERG A Numerical and experimental study of the uid ow in porous me-dium in charging process of stratied thermal storage tank Master of Science esis Division of Applied ermodynamics and Refrigeration KTH School of Industrial Engineering and Management Estocolmo Suecia 2013

15 BERSTAD E Testing and optimization of PVAmPVA blend membranes for biogas upgrading Department of Chemical Engineering Norwegian University of Science and Technology Norwegian 2012

16 BIRD R B STEWART W E LIGHTFOOT E N Fenoacutemenos de trans-porte 2da Edicioacuten Departamento de Ingenieriacutea Quiacutemica de la Universidad de Wisconsin Estados Unidos Editorial Reverteacute SA Espantildea 2007

Lianys Ortega Viera

17 BOWEN T C NOBLE R D FALCONER J L Fundamentals and applications of pervaporation through zeolite membranes Journal of Mem-brane Science 245 1-33 2004

18 BUDIYONO T DJOKO T FAUZI A NYOMAN I JOHARI S Synthesis and characterizacion of polyimide-zeolite mixed matrix membrane for biogas purication Reaktor 12 4 245-252 2009

19 CALVO J I PALACIO L PRAacuteDANOS P MARTIacuteN A MARTIacute-NEZ F HERNAacuteNDEZ A Estudio estructural de membranas cyclopore de microltracioacuten Bol Soc Esp Ceraacutem Vidrio 39 4 520-524 2000

20 CASIS N FIDALGO M M RAVAINE S ESTENOZ D A Elabo-racioacuten de membranas porosas a partir de cristales coloidales Informacioacuten Tec-noloacutegica 21 1 3-8 2010

21 CEPERO L SAVRAN V BLANCO D DIacuteAZ-PINtildeOacuteN M R SUAacuteREZ J PALACIOS A Produccioacuten de biogaacutes y bioabonos a partir de euentes de biodigestores Pastos y Forrajes 35 2 219-226 2012

22 COLECTIVO DE AUTORES Riesgo quiacutemico-accidentes graves sulfuro de hidroacutegeno Informe teacutecnico Murcia Espantildea 2007

23 COLECTIVO DE AUTORES Hoja de seguridad XIX Sulfuro de hidroacute-geno 2012 Disponible en httpwwwquimicaunammxIMGpdf19sul-furohpdf Visitado el 24 de junio de 2014

24 COLLAZO M iquestQueacute es el biogaacutes Temaacuteticas 2010 Disponible en httpwwwaltercexaeuimagesarchivosareastematicasbiogas Visitado el 10 de junio de 2014

25 CORONAS J SANTAMARIacuteA J Catalytic reactors based on porous cera-mic membranes Catalysis Today 51 3-4 377 1999

26 CRESPO A Modelos fenomenoloacutegicos que describen el proceso de puri-cacioacuten de biogaacutes empleando membranas viacutetreas y de zeolita natural Trabajo de diploma para optar por el tiacutetulo de Ingeniero Quiacutemico Departamento de Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2015

27 CUESTA M J MARTIacuteN F VICENTE G VILLAR S Situacioacuten ac-tual de la produccioacuten de biogaacutes y de su aprovechamiento Informe de Vigi-lancia Tecnoloacutegica Espantildea 2010

Lianys Ortega Viera

28 CURTIS M E AMBROSE R SONDERGELD C H RAI C S Transmission and scanning electron microscopy investigation of pore con-nectivity of gas shales on the nanoscale Paper SPE 144391 Presented at the North American Unconventional Gas Conference and Exhibition Held in Woodlands Texas Estados Unidos 14-16 de junio 2011

29 DIacuteAZ L Biogaacutes Potencialmente Cuba supera los cuatrocientos millones de metros cuacutebicos anuales OnCuba 2013 Disponible en httpwwwon-cubamagazinecomeconomia-negociosbiogas-potencialmente-cuba-supe-ra-los-cuatrocientos-millones-de-metros-cubicos-anuales Visitado el 18 de enero de 2016

30 DIacuteAZ-PINtildeOacuteN M Eliminacioacuten del sulfuro de hidroacutegeno en el biogaacutes Cu-basolar 2013 Disponible en httpwwwcubasolarcubibliotecaenergiaEnergia41HTMLArticulo05htm Visitado el 10 de mayo de 2014

31 EL KINANI H YAHYAOUIAZAMI I RAFIQ M RODRIacuteGUEZ E BENAVENTE J Caracterizacioacuten estructural y electroquiacutemica de una membrana compuesta de TiO2 y de su soporte poroso basado en arcillas na-turales Bol Soc Esp Ceraacutem V 43 1 38-41 2004

32 ESCOBAR MATERIAS PRIMAS EIRL Empresas Mil bolsascl Chile 2016 Disponible en httpwwwmateriasprimasescobarcl Visitado el 12 de enero de 2016

33 ESCOLAacuteSTICO S Membranas de separacioacuten de gases basadas en conduc-tores ioacutenicos mixtos y sus aplicaciones en cataacutelisis Tesis de doctorado en el programa de Quiacutemica de la Universidad Politeacutecnica de Valencia Departa-mento de Quiacutemica Instituto de Tecnologiacutea Quiacutemica Universidad Politeacutec-nica de Valencia Valencia Espantildea 2012

34 ESTEVES I LOPES M NUNES P MOTA J Adsorption of natural gas and biogas components on activated carbon Separation and Purication Technology 62 281-296 2008

35 FABELO J A GONZAacuteLEZ V CURBELO A BELLO Y Disentildeo de una planta de produccioacuten de biogaacutes Centro Azuacutecar 32 1 50-56 2005

36 FAUCHEUX V AUDIER M RAPENNE L PIGNARD S Fabrica-tion of thin and dense nanocrystalline membranes on porous substrates Jour-nal of Materials Processing Technology 204 248-254 2008

Lianys Ortega Viera

37 FERNAacuteNDEZ E Metodologiacutea de bajo costo para disminuir la concentra-cioacuten de H2S(g) en el biogaacutes Tesis para optar por el tiacutetulo de Doctor en Cien-cias Teacutecnicas Departamento de Ingenieriacutea Quiacutemica Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 1999

38 FERNAacuteNDEZ E RODRIacuteGUEZ S FRANCO R MARRERO J ORTEGA L BAacuteRCENAS L Proceso de puricacioacuten de gas natural Es-tudio de un caso Monografiacutea ISBN 978-959-261-446-8 Facultad de In-genieriacutea Quiacutemica Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2013

39 FERNAacuteNDEZ E Procedimiento para la puricacioacuten de biogaacutes Ocina Cubana de la Propiedad Intelectual Patente cubana No 23 003 2004

40 FERON P H JANSEN A E CO2 separation with polyolen membranes contactors and dedicated absorption liquids performance and prospects Se-paration and Purication Technology 27 231-242 2002

41 FICHA INTERNACIONAL DE SEGURIDAD QUIacuteMICA Sulfuro de hidroacutegeno ICSC 0165 2012 Disponible en httpwwwinshtesInsh-tWebcontenidosnps0165pdf Visitado el 26 de febrero de 2013

42 FIEVET P SZYMCZYK A SBAI M Tangential streaming potential as a tool in the characterization of microporous membranes Desalination 199 18-19 2006

43 FIROUZI M NEZHAD M TSOTSIS T SAHIMI M Molecular dy-namics simulations of transport and separation of carbon dioxide-alkane mixtures in carbon nanopores J Chem Phys 120 7 8172 2004

44 FIROUZI M ALNOAIMI K KOVSCEK A WILCOX J Klinken-berg eect on predicting and measuring helium permeability in gas shales International Journal of Coal Geology 123 62-68 2014

45 FIROUZI M WILCOX J Molecular modeling of carbon dioxide trans-port and storage in porous carbon-based materials Microporous Mesoporous Mater 158 195-203 2012

46 FRANCESCO M ARATO E COSTA P Transport phenomena in membranes for PEMFC applications an analytical approach to the calcula-tion of membrane resistance Journal of Power Sources 132 127ndash134 2004

Lianys Ortega Viera

47 FREEMAN B YAMPOLSKI Y PINNAU I Materials Science of Mem-branes for Gas and Vapor Separations Editorial Wiley 2008

48 FUNKE H H TOKAY B ZHOU R PING E W ZHANG Y FAL-CONER J L NOBLE R D Spatially resolved gas permeation through SAPO-34 membranes J Membr Sci 409ndash410 212ndash221 2012

49 GARCIacuteA J A Caracterizacioacuten hidrodinaacutemica y fenomenoloacutegica de mem-branas selectivas Tesis para optar por el grado de Doctor en Fiacutesica Departa-mento de Fiacutesica Universidad de Murcia Espantildea 2009

50 GARCIacuteA A GOacuteMEZ D LOacutePEZ A B NAVAZA J M Permeabi-lidad de gases en membranas de Zeolita ZSM-5 Anidad LXX 561 Ene-ro-Marzo 2013

51 GASCOacuteN J KAPTEIJN F ZORNOZA B SEBASTIAacuteN V CA-SADO C CORONAS J Practical approach zeolitic membranes and coatings State of the art opportunities barriers and future perspectives Chemistry of Materials 24 2829-2844 2012

52 GEANKOPLIS C J Procesos de transporte y operaciones unitarias 3ra edi-cioacuten Compantildeiacutea Editorial Continental SA Universidad de Minnesota Meacute-xico 1998

53 GEANKOPLIS C J Transport processes and separation process principles 4ta edicioacuten New Jersey Pearson Education Inc Estados Unidos 2003

54 GONZAacuteLEZ Y Caracterizacioacuten fiacutesico quiacutemica de placas viacutetreas empleadas en el tratamiento terciario de residuales liacutequidos Trabajo de diploma para optar por el tiacutetulo de Ingeniero Quiacutemico Centro de Estudios de Ingenieriacutea de Procesos Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2014

55 GORGOJO A Desarrollo de materiales laminares porosos para prepara-cioacuten de membranas hiacutebridas Universidad de Zaragoza Espantildea 2010 Dis-ponible en httpwwwzaguanunizaresrecord5730 Visitado el 4 de marzo de 2014

56 GRUPO LENNTECH Water Treatment Solutions Tecnologiacutea de membra-nas 2011 Disponible en httpwwwlenntechestecnologia-de-membranahtm Visitado el 23 de marzo de 2013

Lianys Ortega Viera

57 GUARDADO J A Tecnologiacutea del biogaacutes 2011 Disponible en httpwwwcubsolarcubibliotecaenergiaEnergia34articulo03htm Visitado el 24 de junio de 2014

58 GUERRERO L Energiacuteas renovables 2012 Disponible en httpvida-verdeaboutcomEnergias renovablesGuia de aboutcom Visitado el 10 de marzo de 2013

59 GUMP C J TUAN V A NOBLE R D FALCONER J L Aromatic permeation through crystalline molecular sieve membranes Ind Eng Chem Res 40 565 2001

60 GUTIEacuteRREZ M A Prediccioacuten de difusividades efectivas para sistemas de dos fases y microestructura compleja Tesis para optar por el grado de Maes-tro en Ciencias (Ingenieriacutea Quiacutemica) Divisioacuten de Ciencias Baacutesicas e Inge-nieriacutea Departamento de Ingenieriacutea de Procesos e Hidraacuteulica Universidad Autoacutenoma Metropolitana ndash Iztapalapa Meacutexico 2010

61 HADJICONSTANTINOU N G e limits of Navier-Stockes theory and kinetic extensions for describing small-scale gaseous hydrodynamics Phys Fluids 18 111 301-111 319 2006

62 HARASIMOWICZ P ORLUK P ZAKRZEWSKA G CHMIE-LEWSKI A G Application of polyimid membranes for biogas purication and enrichment Journal of Hazardous Materials 144 3 698 ndash 702 2007

63 HERNAacuteNDEZ A CALVO J I PRAacuteDANOS P PALACIO L Mem-branas ceraacutemicas y su utilidad en procesos de separacioacuten Bol Soc Esp Ceraacutem V 38 3 185-192 1999

64 HERNAacuteNDEZ M G SALINAS E GOacuteMEZ S ROA J A RODRIacute-GUEZ R F Membranas zeoliacuteticas y sus principales aplicaciones Materiales Avanzados 18 9-18 2012

65 HERRERO A Desarrollo de membranas polimeacutericas con propiedades anti-fouling Tesis de doctorado Departamento de Ciencias e Ingenieriacutea de Ma-teriales e Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad Carlos III de Madrid Madrid Espantildea 2007

66 HORACIO R Caracterizacioacuten de medios porosos y procesos percolativos y de transporte Tesis para optar por el grado de Doctor en Fiacutesica Departamento de Fiacutesica Universidad Nacional de San Luis San Luis Argentina 2004

Lianys Ortega Viera

67 HORIKAWA M S ROSSI F GIMENES M L COSTA C M DA SILVA M G Chemical absorption of H2S for biogas purication Brazilian Journal of Chemical Engineering 21 3 415-422 2004

68 JAVADPOUR F FISHER D Nanoscale gas ow in shale gas sediments J Can Petrol Technol 46 10 2007

69 JI G WANG G HOOMAN K BHATIA S DINIZ DA COSTA J C Simulation of binary gas separation through multi-tube molecular sieving membranes at high temperatures Chemical Engineering Journal 218 394ndash404 2013

70 JIANG Q FARAJI S SLADE D A STAGG-WILLIAMS S M A re-view of mixed ionic and electronic conducting ceramic membranes as oxy-gen sources for high-temperature reactors Chapter 11 S Ted Oyama and Susan M Stagg-Williams Editor(s) Membrane Science and Technology El-sevier Vol 14 2011

71 JIANG X YAN R HWA J Transient-state biodegradation behavior of a horizontal biotrickling lter in co-treating gaseous H2S and NH3 App Mi-crobiol Biotechnol 81 969-975 2009

72 JORDAacuteN R Utilizacioacuten de alumino silicatos cubanos no tradicionales en la fabricacioacuten de vidrio soacutedio - caacutelcico Tesis de doctorado Instituto de Ciencia y Tecnologiacutea Universidad de La Habana La Habana Cuba 2005

73 JORDAacuteN R Estudio de las transformaciones teacutermicas en la elaboracioacuten de un vidrio soacutedico-caacutelcico para envases con zeolita natural cubana Ingenieriacutea y Ciencia 3 91-105 2007 Disponible en httpwwwredalycorgarticulooaid=83530605 Visitado el 23 de marzo de 2014

74 KAPDI S S VIJAY V K RAJESH S K PRASAD R Biogas scrub-bing compression and storage perspective and prospectus in Indian context Renew Energy 30 1195-1202 2005

75 KRISHNA R VAN BATEN J M Kinetic Monte Carlo simulations of the loading dependence of diusion in zeolites Chem Eng Technol 28 2 160-167 2005

76 KUSWORO T D ISMAIL A F MUSTAFA A MATSUURA T Dependence of membrane morphology and performance on preparation

Lianys Ortega Viera

conditions e shear rate eect in membrane casting Sep Purif Technol 61 249-257 2007

77 LETHAM E A Matrix permeability measurements of gas shales gas sli-ppage and adsorption as sources of systematic error esis submitted in par-tial fulllment of Bachelor of Science (Honours) e Faculty of Science Geological Science e University of British Columbia Vancouver 2011

78 LEVENSPIEL O Ingenieriacutea de las reacciones quiacutemicas Editorial Reverteacute SA ISBN 84-291-7325-0 Estado de Oregoacuten Estados Unidos 1999

79 LEY NO 81 DEL MEDIO AMBIENTE Gaceta Ocial de la Repuacuteblica de Cuba Edicioacuten Extraordinaria 39 p La Habana Cuba 1997

80 LI S JIN W HUANG P XU N SHI J LIN Y S Tubular lanthanum cobalite perovskite type membrane for oxygen permeation Journal of Mem-brane Science 166 51-61 2000

81 LI Y CHUNG H M KULPRATHIPANJA T S Eects of novel silane modication of zeolite surface on polymer chain rigidication and partial pore blockage in Polyethersulfone (PES)-Zeolite a mixed matrix membranes Journal of Membrane Science 275 17-28 2006

82 LIANG F JIANG H SCHIESTEL T CARO J High-purity oxygen production from air using perovskite hollow ber membranes Industrial and Engineering Chemistry Research 49 9377-9384 2010

83 LIN W H CHUNG T S Gas permeability diusivity solubility and aging characteristics of 6FDA-durene polyimide membranes Journal of Membrane Science 186 183-193 2001

84 LLANEZA H Estudio de viabilidad de sistemas de puricacioacuten y aprove-chamiento de biogaacutes PSE PROBIOGAS Desarrollo de sistemas sostenibles de produccioacuten y uso de biogaacutes agroindustrial en Espantildea Espantildea 2010

85 LOGAN B E Environmental transport processes John Wiley and Sons Inc ISBN 0-471-18871-9 Estados Unidos 1999

86 LOacutePEZ J J Estudio de la transferencia de energiacutea masa y cantidad de mo-vimiento en sistemas uido-medio poroso Tesis de doctorado Universidad Autoacutenoma Metropolitana Unidad Iztapalapa Iztapalapa Meacutexico 2005

87 LORENZO Y VALDEacuteS A DOMENECH F ROJAS L ENG F Caacutelculos teacutecnicos en el disentildeo de una planta de biogaacutes Caso de estudio

Lianys Ortega Viera

ldquoTratamiento de vinazas de destileriacuteas en reactores UASBrdquo ICIDCA sobre los derivados de la cantildea de azuacutecar 48 2 29-34 2014

88 MACANAacuteS J Desarrollo de nuevas membranas compuestas para la separa-cioacuten de iones metaacutelicos y aplicaciones electroquiacutemicas Tesis para optar por el grado de Doctor en Ciencias Quiacutemicas Departamento de Quiacutemica Univer-sidad Autoacutenoma de Barcelona Barcelona Espantildea 2006

89 MAKARUK A MILTNER M HARASEK M Membrane biogas up-grading processes for the production of natural gas substitute Separation and Purication Technology 74 1 83-92 2010

90 MARCHESE J ALMANDOZ C AMARAL M CALVO J I PRAacute-DANOS P HERNAacuteNDEZ A Fabricacioacuten y caracterizacioacuten de membra-nas ceraacutemicas tubulares para microltracioacuten Bol Soc Esp Ceraacutem V 32 2 215-219 2000

91 MARTIacuteN I FONT R Tema 4 Transporte de cantidad de movimiento soacuteli-do-uido Mecaacutenica de uidos Universidad de Alicante Alicante Espantildea 2011

92 MATSUMOTO H KONOSU Y KIMURA N MINAGAWA M TANIOKA A Membrane potential across reverse osmosis membranes under pressure gradient J Colloid Interface Sci 10 1016 2007

93 MCCABE W SMITH J C HARRIOT P Operaciones Unitarias en In-genieriacutea Quiacutemica 4ta edicioacuten Editorial McGraw-Hill Espantildea 1998

94 MCLEARY E E JANSEN J C KAPTEIJN F Zeolite based lms membranes and membrane reactors Progress and prospects Microporous and Mesoporous Materials 90 198-220 2006

95 MEacuteNDEZ J MENDOZA R SiO2 membranes by sol-gel process Silicon Chemistry 3 59-64 2006

96 MINTOVA S MO S BEIN T Nanosized AlPO4-5 molecular sieves and ul-trathin lms prepared by microwave synthesis Chem Mater 10 1 4 030 1998

97 MORERO B Comparacioacuten de diferentes soluciones de aminas para la pu-ricacioacuten del biogaacutes Revista Avances Energiacuteas Renovables y Medio Ambiente 15 91-102 2011

98 MORERO B CAMPANELLA E A Simulacioacuten del proceso de absorcioacuten quiacutemica con soluciones de aminas para la puricacioacuten de biogaacutes Informacioacuten Tecnoloacutegica 24 1 25-32 2013

Lianys Ortega Viera

99 MORIGAMI Y KONDO M ABE J KITA H OKAMOTO K e rst large scale pervaporation plant using tubular-type module with zeolite NaA membrane Sep Pur Tech 25 251 2001

100 MULDER M Basic principles of membrane technology 2da Edicioacuten Kluwer Academic Publishers ISBN 0-7923-4248-8 e Netherlands 2004

101 MURAD M FENG X DOUGLAS P CROISET E A new numerical approach for a detailed multicomponent gas separation membrane model and AspenPlus simulation Chem Eng Technol 28 7 773-782 2005

102 MYINT S W DAUD R W MOHAMED A B KADHUM A M H Temperature-dependence diusion coecient of soluble substances du-ring ethanol extractions of clove JAOCS 73 5 603-610 1996

103 NASZAacuteLYI L Y COL Sol ndash gel ndash derived mesoporous SiO2ZnO active coating and development of multifunctional ceramic membranes Separa-tion and Purication Technology 2007

104 NAWBI M Changing feed conditions push Egyptian gas plant to upgrade CO2 membrane system Oil and gas Journal 106 26 68-74 2008

105 NOM-137-SEMARNAT-2003 Contaminacioacuten atmosfeacuterica ndashPlantas desulfuradoras de gas y condensados amargos- Control de emisiones de compuestos de azufre Norma Ocial Mexicana Meacutexico 2003

106 NORMA CUBANA 27 2012 Vertimiento de aguas residuales a las aguas terrestres y al alcantarillado Especicaciones Vigentes desde 1999 11 p Cuba 2012

107 ORTEGA L GZEGOZEWSKI M RODRIacuteGUEZ S FERNAacuteN-DEZ E Puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas viacutetreas y zeolita na-tural III Congreso Internacional de Ingenieriacutea Quiacutemica Biotecnoloacutegica y Alimentaria 17 Convencioacuten Cientiacuteca de Ingenieriacutea y Arquitectura Pala-cio de las Convenciones La Habana Cuba 2014

108 ORTEGA L RODRIacuteGUEZ S FERNAacuteNDEZ E BAacuteRCENAS L Principales meacutetodos para la desulfuracioacuten del biogaacutes Revista de Ingenieriacutea Hidraacuteulica y Ambiental XXXVI 1 45-56 2015

Lianys Ortega Viera

109 ORTEGA L RODRIacuteGUEZ S FERNAacuteNDEZ E MARTIacuteNEZ Y CRESPO A VIERA Y Membranas viacutetreas empleadas en la puricacioacuten de biogaacutes Bol Soc Esp Ceram V 55 24-28 2016

110 OSHA Hydrogen sulde fact sheet Us Deparment of Labor Estados Uni-dos 2005

111 PALACIO L PRAacuteDANOS P CALVO J I HERNAacuteNDEZ A ALMANDOZ C AMARAL M MARCHESE J Estudio de la dis-tribucioacuten de poros activos y totales en membranas ceraacutemicas planas de mi-croltracioacuten Bol Soc Esp Ceraacutem V 39 3 217-222 2000

112 PALACIO L Procesos de separacioacuten membranas en el diacutea a diacutea Revista de Ciencias 4 5-10 2014

113 PERRY R H Y COL Chemical Engineeracutes Handbook 7ma Edicioacuten Mc-Graw-Hill Estados Unidos 1999

114 PICHS R Mercado petrolero y tendencias energeacuteticas en un contexto de crisis global (2008-2010) Crisis econoacutemica y nanciera global interpreta-ciones e impactos Editorial de Ciencias Sociales ISBN 978-959-06-1340-1 p 288 ndash 305 La Habana Cuba 2011

115 PIERA E TEacuteLLEZ C CORONAS J MENEacuteNDEZ M SANTA-MARIacuteA J Use of zeolite membrane reactors for selectivity enhancement application to the liquid phase oligomerization of i-butene Catalysis Today 67 127 2001

116 PIERA E BRENNINKMEIJER C A SANTAMARIacuteA J CORO-NAS J Separation of traces of CO2 from air using MFI-type zeolite mem-branes J Memb Sci 201 229 2002

117 PING EW ZHOU R FUNKE H H FALCONER J L NOBLE R D Seeded-gel synthesis of SAPO-34 single channel and monolith mem-branes for CO2CH4 separations J Membr Sci 415ndash416 770ndash775 2012

118 POLEZHAEV YV Porous medium ermopedia 2011 Disponible en httpwwwthermopedia comcontent1047 Visitado el 19 de noviembre de 2012

119 POREX Advanced porous materials 2016 Disponible en httpwwwporexcomestechnologies applicationsmedia-support Visitado el 19 de enero de 2016

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120 PRAacuteDANOS P PALACIO L HERNAacuteNDEZ A VILASECA M CORONAS J Estudio mediante afm de estructuras de silicalita para la se-paracioacuten de gases Bol Soc Esp Ceram V 43 1 19-22 2004

121 RAMASUBRAMANIAN K HO W S Recent developments on mem-branes for post-combustion carbon capture Current Opinion in Chemical Engineering 1 47ndash54 2011

122 REBOLLAR G CARRETIER E MOULIN P Aplicaciones de la per-meacioacuten de vapor El tratamiento de compuestos orgaacutenicos volaacutetiles de ori-gen antropogeacutenico Revista Mexicana de Ingenieriacutea Quiacutemica 9 67-77 2010

123 RODRIacuteGUEZ S Alternativas de desulfuracioacuten de euentes gaseosos basa-das en meacutetodos bioloacutegicos Tesis para optar por el tiacutetulo de Doctor en Cien-cias Teacutecnicas Centro de Estudios de Ingenieriacutea de Procesos Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2009

124 RODRIacuteGUEZ S FERNAacuteNDEZ E ORTEGA L Membranas l-trantes de zeolita natural cubana para la puricacioacuten de biogaacutes Patente solicitada No 142-2014 Ocina Cubana de la Propiedad Intelectual La Habana Cuba 2014

125 ROMERO V PELAacuteEZ L VAacuteZQUEZ M I BENAVENTE J Electro-chemical characterization of an ultraltration regenerated cellulosepolypro-pylene supported membrane Desalin Water Treat 27 159-166 2011

126 ROMERO V VAacuteZQUEZ M I BENAVENTE J Study of ionic and diusive transport through a regenerated cellulose nanoporous membrane J Membr Sci 433 152-159 2013

127 ROZAS R E Permeabilidad de medios porosos experimentos numeacutericos y teoriacutea Tesis para optar al grado de Maacutester en Ciencias de la Ingenieriacutea con Mencioacuten en Ingenieriacutea Quiacutemica Departamento de Ingenieriacutea Quiacute-mica Facultad de Ingenieriacutea Universidad de Concepcioacuten Concepcioacuten Chile 2002

128 SACHTLEBEN Sachtolith Series Sulfuro de zinc Ficha de datos de segu-ridad Comunidad Europea 2014

129 SAHIMI M TSOTSIS T Molecular pore network models of nanoporous materials Physica B 338 291-297 2003

Lianys Ortega Viera

130 SALAZAR J L Evaluacioacuten de la eliminacioacuten de CO2 y H2S por endulza-miento de biogaacutes usando soluciones acuosas de alcanolaminas Tesis en op-cioacuten al tiacutetulo de Licenciado en Fiacutesica Aplicada Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann ndash Tacna Peruacute 2012

131 SAacuteNCHEZ E MESTRE S PEacuteREZ-HERRANZ V GARCIacuteA-GA-BALDOacuteN M Siacutentesis de membranas ceraacutemicas para la regeneracioacuten de bantildeos de cromado agotados Bol Soc Esp Ceraacutem V 44 6 409-414 2005

132 SAacuteNCHEZ F J Ley de Darcy Conductividad hidraacuteulica Departamento de Geologiacutea Universidad de Salamanca Espantildea 2011 Disponible en httpwebusalesjavisanhidro Visitado el 2 de abril de 2015

133 SILVA F J Membranas asimeacutetricas de bra hueca en el proceso de deshidra-tacioacuten del gas natural Tesis de maestriacutea en Ingenieriacutea de Gas Facultad de In-genieriacutea Universidad de Zulia Repuacuteblica Bolivariana de Venezuela 2006

134 SILVESTRE J Y COL Nuevos materiales de carboacuten para la captura del CO2(g) Boletiacuten del Grupo Espantildeol del Carboacuten 2012 Disponible en httpwwwgecarboncom Visitado el 20 de septiembre de 2013

135 SIMEX Soluciones Hidraacuteulicas Integrales Lista de precios Meacutexico 2015 Disponible en httpsigmaowmxlistas-de-precios Visitado el 12 de enero de 2016

136 SING K SCHUumlTH F Handbooks of porous solids Vol 1 Editorial Wi-ley-VCH ISBN 3-527-30246-8 Alemania 2002

137 SIRKAR K K Membranes phase interfaces and separations novel tech-niques and membranes ndash An overview Industrial and Engineering Chemis-try Research 47 5250-5266 2008

138 SONDERGELD C H AMBROSE R H RAI C S MONCRIEFF J Microstructural studies of gas shales Paper SPE 131771 Presented at the SPE Unconventional Gas Conference Held in Pittsburgh Pennsylvania Estados Unidos 23-25 de febrero 2010

139 SOSA R DIacuteAZ Y M CRUZ T DE LA FUENTE J L Diversica-cioacuten y perspectivas de la digestioacuten anaerobia en la porcinocultura cubana Revista Cubana de Ciencia Agriacutecola 48 1 67-72 2014

140 SOTTO A Aplicacioacuten de la tecnologiacutea de membranas de nanoltracioacuten y oacutesmosis inversa para el tratamiento de disoluciones acuosas de compuestos

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fenoacutelicos y aacutecidos carboxiacutelicos Tesis doctoral Departamento de Tecnologiacutea Quiacutemica y Ambiental Universidad Rey Juan Carlos Madrid Espantildea 2008

141 STERN J H Upgrading low-quality natural gas with H2S and CO2 se-lective polymer membranes Journal of Membrane Science 15 8512 2008

142 TANG Z Y OTROS DIEZ AUTORES UV-Cured poly (vinyl alcohol) ultraltration nanobrous membrane based on electrospun nanober sea-ods Journal of Membrane Science 328 1-5 2009

143 TER MAAT H HOGENDOORN J A VERSTEEG G F e remo-val of hydrogen sulde from gas streams using an aqueous metal sulfate ab-sorbent Separation and Purification Technology 43 183ndash197 2005

144 TORRES T L MORA C E Aplicacioacuten de la microscopiacutea electroacutenica de barrido en la evaluacioacuten de dos materias primas cosmeacuteticas como res-tauradoras de la cutiacutecula capilar Rev Colomb Cienc Quiacutem Farm 39 1 5-20 2010

145 TREYBAL R Operaciones con transferencia de masa Editorial Mc-Graw-Hill New York Estados Unidos 2001

146 TRUONG L V ABATZOGLOU N A H2S reactive adsorption process for the purication of biogas prior to its use as a bioenergy vector Biomass and Bioenergy 29 142-151 2005

147 VAFAI K Handbook of porous media Marcel Dekker Inc New York Es-tados Unidos 2000

148 VAINROT N EISEN M S SEMITA R Membranes in desalation and water treatment MRS Bolletin 33 16-20 2008

149 VALDEacuteS F J OCHOA J A SALINAS E GOacuteMEZ S HERNAacuteN-DEZ M G Upscaled model for dispersive mass transfer in a tubular po-rous membrane separator Revista Mexicana de Ingenieriacutea Quiacutemica 13 1 237-257 2014

150 VARNERO M CARUacute M GALLEGUILLOS K ACHONDO P Tecnologiacuteas disponibles para la puricacioacuten de biogaacutes usado en la genera-cioacuten eleacutectrica Informacioacuten Tecnoloacutegica 23 2 31-40 2012

151 VIERA Y Caracterizacioacuten fiacutesico-quiacutemica de membranas viacutetreas y de zeolita natural empleadas en el tratamiento de euentes Trabajo de diploma para optar por el tiacutetulo de Ingeniero Quiacutemico Centro de Estudios de Ingenieriacutea

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de Procesos Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2015

152 VIJAYA M RAMANA I MADAN K RAVI C Microstructure study of high performance concrete containing supplementary cementing mate-rials Int J Adv Sci Tech Res 5 2 435-444 2012

153 VIacuteQUEZ J Remocioacuten del sulfuro de hidroacutegeno en el biogaacutes ECAG In-forma 53 1 16-21 2010

154 WAN Y S CHAU J L GAVRILIDIS A YEUNG K L Design and fabrication of zeolite-based microreactors and membrane microseparators Micropor Mesopor Mater 42 157 2001

155 WANG H CONG Y YANG W Investigation on the partial oxidation of methane to syngas in a tubular Ba05Sr05Co08Fe02O3-δ membrane reac-tor Catalysis Today 82 157-166 2003

156 WANG H WANG R TEE D YANG W Experimental and modeling studies on Ba05Sr05Co08Fe02O3- δ (BSCF) tubular membranes for air sepa-ration Journal of Membrane Science 243- 405-415 2004

157 WEBB W Gas transport in porous media Vol 20 ISBN 13978-1-4020-3962-1 Editorial Springer Holanda 2006

158 WEILAND P Biogas production current state and perspectives Appl Mi-crobiol Biotechnol 85 849ndash860 2010

159 XU L SAHIMI M TSOTSIS T Nonequilibrium molecular dynamics simulations of transport and separation of gas mixtures in nanoporous ma-terials Phys Rev E 62 6 942 2000

160 YOUNGSUKKASEM S BARGHI H RAKSHIT S K TAHERZA-DEH M J Rapid biogas production by compact multilayer membrane bioreactor Eciency of synthetic polymeric membranes Energies 6 6211-6224 2013

161 ZAPATA J E Efecto de limpieza quiacutemica en la permeabilidad de membra-nas ceraacutemicas de ultraltracioacuten Tesis de doctorado Instituto de Biotecno-logiacutea Universidad de Granada Granada Espantildea 2006

162 ZENG Z GRIGG R A criterion for non-Darcy ow in porous media Transport in Porous Media 63 57ndash69 2006

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163 ZHAO Q LEONHARDT E MACCONNELL C FREAR C CHEN S Purication technologies for biogas generated by anaerobic diges-tion CSANR Research Report 2010ndash001 Climate Friendly Farming 2010

164 ZHU X SUN S HE Y CONG Y YANG W New concept on air se-paration Journal of Membrane Science 323 221-224 2008

7 PRODUCCIOacuteN CIENTIacuteFICA DE LA AUTORA

RELACIONADA CON EL TEMA

Publicacioacuten en revistasL ORTEGA S RODRIacuteGUEZ E FERNAacuteNDEZ L BAacuteRCENAS Princi-

pales meacutetodos para la desulfuracioacuten del biogaacutes Revista Ingenieriacutea Hidraacuteu-lica y Ambiental Scielo ISSN 1815-591X Vol XXXVI No 1 Ene-Abr p 45-56 2015

L ORTEGA S RODRIacuteGUEZ E FERNAacuteNDEZ Y MARTIacuteNEZ A CRESPO Y VIERA Membranas viacutetreas empleadas en la puricacioacuten de biogaacutes Boletiacuten de la Sociedad Espantildeola de Ceraacutemica y Vidrio Web of Science (omson-Reuters) ISSN 0366-3175 Vol 55 No 1 p 24-28 2016

L ORTEGA K PONCE S RODRIacuteGUEZ E FERNAacuteNDEZ L BAacuteRCE-NAS Caracteriacutesticas funcionales de membranas viacutetreas empleadas en la pu-ricacioacuten de biogaacutes Revista Ingenieriacutea Hidraacuteulica y Ambiental Scielo ISSN 1815-591X Vol XXXVII No 2 May-Ago p 57-67 2016

MonografiacuteasPROCESO DE PURIFICACIOacuteN DE GAS NATURAL Estudio de un caso

Monografiacutea ISBN 978-959-261-446-8 Cuba Noviembre 2013 (Coautora)

Participacioacuten en eventosORTEGA L GZEGOZEWSKI M RODRIacuteGUEZ S FERNAacuteNDEZ E

Puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas viacutetreas y zeolita natural III

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Congreso Internacional de Ingenieriacutea Quiacutemica Biotecnoloacutegica y Alimenta-ria (III CIIQBA 2014) Poacutester Cuba Noviembre 2014

FERNAacuteNDEZ E ORTEGA L RODRIacuteGUEZ S HERNAacuteNDEZ A Pu-ricacioacuten de biogaacutes empleando torres rellenas de zeolita natural VIII Sim-posio Universitario Iberoamericano sobre Medio Ambiente (VIII SUIMA 2014) Poacutester Cuba Noviembre 2014

ORTEGA L RODRIacuteGUEZ S FERNAacuteNDEZ E CRESPO A IRIARTE V Empleo de membranas viacutetreas en la reduccioacuten del sulfuro de hidroacutegeno presente en el biogaacutes 16 Congreso Cientiacuteco Internacional CNIC 2015 Poacutester Cuba Junio 2015

FERNAacuteNDEZ E RODRIacuteGUEZ S ORTEGA L Uso de residuales soacutelidos y liacutequidos y productos naturales para puricar gases combustibles meacutetodo cubano 16 Congreso Cientiacuteco Internacional CNIC 2015 Presentacioacuten oral Cuba Junio 2015

MARTIacuteNEZ Y ORTEGA L RODRIacuteGUEZ S FERNAacuteNDEZ E CRESPO A IRIARTE V Limpieza de una fuente de energiacutea renovable con residuos y material natural Taller Nacional de Medio Ambiente Presen-tacioacuten oral Cuba Julio 2015

ORTEGA L RODRIacuteGUEZ S FERNAacuteNDEZ E AGUIAR Y BAacuteRCE-NAS L Empleo de membranas viacutetreas y de zeolita natural en la puricacioacuten de biogaacutes QUIMICUBA 2015 Internacional Cuba Octubre 2015

FERNAacuteNDEZ E ORTEGA L RODRIacuteGUEZ S IRIARTE V Desulfura-cioacuten de biogaacutes empleando membranas viacutetreas y de zeolita natural QUIMI-CUBA 2015 Internacional Cuba Octubre 2015

FERNAacuteNDEZ E RODRIacuteGUEZ S ORTEGA L Empleo de residuales liacutequi-dos o soacutelidos y productos naturales para puricar gases combustibles Meacutetodos cubanos Evento Mujer Creadora Premio Relevante Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae Cuba Abril 2016

FERNAacuteNDEZ E RODRIacuteGUEZ S ORTEGA L Empleo de residuales liacute-quidos o soacutelidos y productos naturales para puricar gases combustibles Meacutetodos cubanos Foacuterum de Ciencia y Teacutecnica Premio Relevante Univer-sidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae Cuba Junio 2016

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Tutoriacutea de trabajosREYES E Puricacioacuten de gases combustibles empleando materiales viacutetreos de

desecho Trabajo de diploma Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2013

AROCHA I Puricacioacuten de gases combustibles empleando membranas de zeo-lita natural Trabajo de diploma Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Universi-dad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2013

SAacuteNCHEZ E Puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas de materiales viacute-treos de desechos Trabajo de diploma Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Uni-versidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2014

BETANCOURT A Puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas de zeolita na-tural Trabajo de diploma Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad Tec-noloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2014

HERNAacuteNDEZ A Puricacioacuten de biogaacutes empleando columnas de adsorcioacuten rellenas de zeolita natural Trabajo de diploma Facultad de Ingenieriacutea Quiacute-mica Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2014

GZEGOZEWSKI M Puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas de ma-teriales viacutetreos de desechos y zeolita natural Tesis de maestriacutea Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2014

CRESPO A Modelos fenomenoloacutegicos que describen el proceso de puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas viacutetreas y de zeolita natural Trabajo de di-ploma Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad Tecnoloacutegica de La Ha-bana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2015

PONCE K D Empleo de membranas viacutetreas y de zeolita natural en la puri-cacioacuten de biogaacutes Trabajo de diploma Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Uni-versidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2015

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IRIARTE V Desulfuracioacuten de biogaacutes empleando membranas viacutetreas y de zeo-lita natural Trabajo de diploma Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Universi-dad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2015

VALDEacuteS L Modelacioacuten matemaacutetica del proceso de puricacioacuten de biogaacutes em-pleando membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana Trabajo de diploma Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2016

OSORIO S Modelacioacuten del proceso de desulfuracioacuten del biogaacutes con empleo de membranas viacutetreas Tesis de maestriacutea Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Uni-versidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Ha-bana Cuba 2016

CARPIO H Modelacioacuten matemaacutetica del proceso de puricacioacuten de biogaacutes em-pleando membranas de zeolita natural cubana Tesis de maestriacutea Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2016

ALFONSO F E Propuesta del sistema para la puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana Trabajo de diploma Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Anto-nio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2016

ALONSO A Limpieza de membranas viacutetreas empleadas en la puricacioacuten de biogaacutes Trabajo de diploma Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2016

BETANCOURT O Remocioacuten del sulfuro de hidroacutegeno presente en el biogaacutes empleando membranas Trabajo de diploma Facultad de Ingenieriacutea Quiacute-mica Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2016

GONZAacuteLEZ E Limpieza de membranas de zeolita natural cubana emplea-das en la puricacioacuten de biogaacutes Trabajo de diploma Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2016

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RUacuteA I Modelacioacuten matemaacutetica de la curva de ruptura de las membranas em-pleadas en la puricacioacuten de biogaacutes Trabajo de diploma Facultad de In-genieriacutea Quiacutemica Universidad Tecnoloacutegica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2016

MARTIacuteNEZ Y Puricacioacuten de biogaacutes empleando membranas a escala de labora-torio Tesis de maestriacutea Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Universidad Tecnoloacute-gica de La Habana ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae La Habana Cuba 2016

Participacioacuten en proyecto de investigacioacuten1 Degradacioacuten fiacutesico-quiacutemica y bioloacutegica de residuales industriales y medios re-

ceptores de los mismos Grupo de investigacioacuten Ingenieriacutea Ambiental Fa-cultad de Ingenieriacutea Quiacutemica Instituto Superior Politeacutecnico ldquoJoseacute Antonio Echeverriacuteardquo Cujae

ANEXOS

ANEXOS A TABLAS

MembranasMasa de ZnO(s)

Relacioacuten ZnO(s) Vidrio de borosilicato

Relacioacuten ZnO(s) Zeolita natural cubana

1 000 000 0002 079 548 4343 158 1144 9074 237 1792 14255 316 2502 1995

Tabla A1 Porcentaje maacutesico que representa el ZnO(s) con respecto al vidrio de borosilicato y la zeolita natural cubana en las membranas

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Tabla A4 Porcentaje de remocioacuten de H2S(g) empleando las membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana (valores promedio de las 90 corridas experimentales efectuadas)

NoMasa

Remocioacuten de H2S ()

natural cubana

Dpc lt0067 (mm)

0067 ltDpclt 013

Dpc lt 0067 (mm)

0067 ltDpclt 013

1 000 5 000 000 4312 23562 000 10 000 000 3134 9203 000 15 000 000 2288 1434 079 5 5225 2470 6771 42875 079 10 4540 2024 5366 36266 079 15 3115 1393 3991 25567 158 5 8079 4427 9106 58228 158 10 6654 3504 7953 48319 158 15 6554 2811 7191 432910 237 5 9334 7463 9962 931611 237 10 8366 6828 9882 799712 237 15 8013 6445 9847 676513 316 5 9887 9304 9969 932614 316 10 9820 8473 9928 902615 316 15 9756 7628 9892 8830

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ANEXOS B ANAacuteLISIS ESTADIacuteSTICOS

Factores e interaccionesSuma

de CuadradosCuadrado

MedioRazoacuten-F Valor-P

A Temperatura maacutexima 25992 25992 31681 00000

B Tiempo de exposicioacuten 0226204 0226204 2757 00000

AA 000840278 000840278 102 03202

AB 000720751 000720751 088 03566

BB 00316681 00316681 386 00594

Bloques 0000155556 00000777778 001 09906

Error total 0229721 000820433

Total (corr) 310256

R-cuadrada = 925958

R-cuadrada (ajustada por gl) = 913617

Error estaacutendar del est = 00905778

Error absoluto medio = 00676513

Estadiacutestico Durbin-Watson = 280056 (P=09858)

Autocorrelacioacuten residual de Lag 1 = -04109

Tabla B1 Anaacutelisis de varianza para la masa de las membranas de zeolita natural cubana al nalizar el tratamiento teacutermico

Lianys Ortega Viera

FuenteSuma

de CuadradosGI

Cuadrado Medio

Razoacuten-F Valor-P

Masa de ZnO(s)

Entre grupos 71686E-11 4 179215E-11 048 07501

Intra grupos 185755E-10 5 37151E-11

Total (Corr) 257441E-10 9

Diaacutemetro de partiacuteculas de carboacuten vegetal

Entre grupos 175561E-10 1 175561E-10 1715 00032

Intra grupos 8188E-11 8 10235E-11

Tabla B2 Anaacutelisis de varianza para el radio de los poros de las membranas viacutetreas

FuenteSuma

de CuadradosGI

Cuadrado Medio

Masa de ZnO(s)

Entre grupos 00 4 00 1000 00133

Intra grupos 00 5 00

Total (Corr) 00 9

Entre grupos 00 1 00 100 03466

Total (Corr) 00 9

Tabla B3 Anaacutelisis de varianza para el radio de los poros de las membranas de zeolita natural cubana

Lianys Ortega Viera

A Masa de ZnO 240295 1 240295 27839

B Qop 18496 1 18496 2143

C Dpc 233251 1 233251 2702

AA 169403 1 169403 196

AB 000045125 1 000045125 000

AC 0811808 1 0811808 094

BB 003072 1 003072 004

BC 0169 1 0169 020

Bloques 218313 1 218313 25292

Error total 431585 50 0863169

Total (corr) 546294 59

R-cuadrada = 920998 porciento

R-cuadrada (ajustada por gl) = 908605 porciento

Tabla B4 Anaacutelisis de varianza para la remocioacuten de H2S(g) empleando membranas viacutetreas

Lianys Ortega Viera

AMasa de ZnO 146678 1 146678 61033

BQop 28917 1 28917 12032

CDpc 179854 1 179854 7484

AA 24206 1 24206 10072

AB 0513601 1 0513601 214

AC 0238521 1 0238521 099

BB 00012675 1 00012675 001

BC 294306 1 294306 1225

Bloques 0027735 1 0027735 012

Error total 120164 50 0240327

Autocorrelacioacuten residual de Lag 1 = 00374231

Tabla B5 Anaacutelisis de varianza para la remocioacuten de H2S(g) empleando membranas de zeolita natural cubana

Lianys Ortega Viera

ANEXOS C FIGURAS

Figura C1 Molde empleado para la siacutentesis de las membranas

Figura C2 Membranas viacutetreas y de zeolita natural cubana antes del tratamiento teacutermico

Membranas de zeolita natural

cubana

Membranas viacutetreas

Lianys Ortega Viera

LeyendaTK1 y TK2 tanques para almacenamiento de agua V vaacutelvulasF ujoacutemetroM membrana

Figura C3 Sistema experimental utilizado en la determinacioacuten de la porosidad de las membranas

Figura C4 Analizador portaacutetil automaacutetico de gases para medir la composicioacuten del biogaacutes

Lianys Ortega Viera

Figura C5 Imagen de MEB para la membrana viacutetrea con 079 g de ZnO(s) a) Dpc lt 0067 mm b) Dpc entre 0067 mm y 013 mm

Lianys Ortega Viera

Figura C8 Imagen de MEB para la membrana de zeolita natural cubana con 079 g de ZnO(s)

a) Dpc lt 0067 mm b) Dpc entre 0067 mm y 013 mm

Lianys Ortega Viera

Figura C11 Diagrama de Pareto para la remocioacuten de H2S(g) empleando membranas viacutetreas con masa de ZnO(s) igual a 000 g 079 g y 158 g

Figura C12 Diagrama de Pareto para la remocioacuten de H2S(g) empleando membranas de zeolita natural cubana con masa de ZnO(s) igual a 000 g 079 g y 158 g

Figura C13 Comparacioacuten de la remocioacuten de H2S(g) seguacuten los resultados experimentales los modelos estadiacutesticos y fenomenoloacutegicos de las membranas seleccionadas

Lianys Ortega Viera

Figura C14 Masa de H2S(g) que se remueve por cada gramo de vidrio o zeolita maacutes ZnO(s) con respecto al tiempo

a) Viacutetrea b) Zeolita natural cubana

Figura C15 Volumen de H2S(g) que se remueve por m3 de membrana con respecto al tiempo

Figura C16 Masa de H2S(g) que se remueve por m3 de biogaacutes tratado con respecto al tiempo

LIANYS ORTEGA VIERA

Desde 2001-2006 estudia Ingenieriacutea Quiacutemica en la Cujae La Habana En 2009

defiende su tesis de maestriacutea en Ingenieriacutea Ambiental Desde 2012-2016 fue Jefe

Departamento de Ingenieriacutea Quiacutemica En 2015 obtiene la categoriacutea docente de

Profesor Auxiliar y en 2017 el grado cientiacutefico de Doctor en Ciencias Teacutecnicas

Trabaja en un proyecto de investigacioacuten del grupo Ingenieriacutea Ambiental Tiene

maacutes de 30 trabajos en 17 eventos cientiacuteficos y 4 publicaciones cientiacuteficas 2 de ellos

de la Web de la Ciencia y 2 en una revista (Base de datos Scielo) Es coautora de 2

reportes teacutecnicos y 1 patente concedida en el tema del doctorado Ha tutorado 4

tesis de maestriacutea y 18 trabajos de diploma de ellos 15 vinculados al tema de docto-

rado Fue tutora del Mejor Grupo Cientiacutefico Estudiantil en el 2015

Sus reconocimientos son Sello Forjadores del Futuro (2007 y 2016) profesora jo-

ven maacutes destacada de la Cujae (2014 y 2015) en el 2017 Mencioacuten al Joven Inves-

tigador de Ciencias Teacutecnicas del Ministerio de Ciencia Tecnologiacutea y

Medioambiente y XI Premio Iberoamericano La Raacutebida Fue seleccionada como la

profesora joven miembro del Consejo Cientiacutefico de la Facultad de Ingenieriacutea Quiacute-

mica de la Cujae

Cubierta

Portada

Creacuteditos

Agradecimientos

Siacutentesis Abstract

Iacutendice

Introduccioacuten

1 Revisioacuten bibliograacutefica

2 Materiales y meacutetodos

3 Resultados y discusioacuten

4 Conclusiones

5 Recomendaciones

6 Referencias bibliograacuteficas

7 Produccioacuten cientiacutefica de la autora relacionada con el tema

Anexos

Contracubierta

Lianys Ortega Viera

Tutoras

AGRADECIMIENTOS

SIacuteNTESIS

ABSTRACT

IacuteNDICE

4 CONCLUSIONES 113

INTRODUCCIOacuteN

Lianys Ortega Viera

11 Biogaacutes

Lianys Ortega Viera

2H2S(g) + O2(g) = 14 S8(s) + 2H2O(l) ∆H = - 444 kJ (11)

Lianys Ortega Viera

12 Membranas

Lianys Ortega Viera

123 Aplicaciones

Lianys Ortega Viera

211 Materias primas

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de vidrio (g)Masa

de ZnO(s) (g)Masa

(Dpc lt 0067) mm

1 1500 000 500 2502 1441 079 480 2503 1382 158 460 2504 1323 237 440 2505 1263 316 421 250

(0067 lt Dpc lt 013) mm

6 1500 000 500 2507 1441 079 480 2508 1382 158 460 2509 1323 237 440 250

10 1263 316 421 250

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de zeolita (g)Masa

de ZnO(s) (g)Masa

(Dpc lt 0067) mm

1 1900 000 100 2702 1821 079 100 2703 1742 158 100 2704 1663 237 100 2705 1584 316 100 270

(0067 lt Dpc lt 013) mm

6 1900 000 100 2707 1821 079 100 2708 1742 158 100 2709 1663 237 100 270

10 1584 316 100 270

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

000 079 158 237 316

(Dpc lt 0067) mm

r 106 (m)2580

r 106 (m)3670

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

τ=1 frasl ε (24)

Lianys Ortega Viera

tica del uido (m2s)

∙partpω

γ partx

Rep=ρ∙u+∙dp

partpωpartx

Lianys Ortega Viera

mente (gh)

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

mente (-)

Lianys Ortega Viera

CUC (Escobar 2016)

Lianys Ortega Viera

CorridasTemperatura

maacutexima (degC)

temperatura (min)

1 450 60 1983 1981 19842 450 90 1967 1966 19683 450 120 1960 1962 19594 500 60 1975 1973 19745 500 90 1958 1957 19596 500 120 1955 1953 19567 550 60 1936 1934 19378 550 90 1911 1912 19099 550 120 1908 1909 1908

10 600 60 1910 1909 191111 600 90 1902 1903 190212 600 120 1900 1902 1901

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

000 079 158 237 316

(Dpc lt 0067) mm

r 106 (m)272

r 106 (m)273

Lianys Ortega Viera

0 ndash 079 No 1 10-8

079 ndash 158 No 1 10-8

158 ndash 237 No 1 10-8

237 ndash 316 No 1 10-8

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

natural cubana

ε (-) τ (-) ε (-) τ (-)

000 lt 006704721

(plusmn00008)212

03688 (plusmn00008)

079 lt 006704552

(plusmn00006)220

03685 (plusmn00007)

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

natural cubana

ε (-) τ (-) ε (-) τ (-)

158 lt 006703783

(plusmn00005)264

03684 (plusmn00006)

237 lt 006703691

(plusmn00006)271

03681 (plusmn00008)

316 lt 006703682

(plusmn00005)272

03678 (plusmn00008)

000 0067-01306211

(plusmn00007)161

03705 (plusmn00007)

079 0067-01305589

(plusmn00007)179

03701 (plusmn00006)

158 0067-01304704

(plusmn00006)213

03698 (plusmn00008)

237 0067-01304288

(plusmn00008)233

03695 (plusmn00008)

316 0067-01303783

(plusmn00007)264

03691 (plusmn00007)

Lianys Ortega Viera

323 Permeabilidad

m(ZnO)(s) (g)Dpc

(mm)ε (-)

dp 106(m)

kv 1016

Lianys Ortega Viera

m(ZnO)(s) (g)Dpc

(mm)ε (-)

dp 106(m)

kv 1016

Lianys Ortega Viera

MA (kgkmol) 3406 --

MB (kgkmol) -- 249Tb (K) 213 1454

v 106 (m3mol) 329 296

Lianys Ortega Viera

13= 378 Aring= 378 10-10 mrB= 118∙ vB

13= 365 Aring= 365 10-10 m = 37210-10 m

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

Def 106 (m2s)

natural cubana

Lianys Ortega Viera

NoMasa

Dpc lt 0067 (mm)

DE0067 ltDpclt 013

(mm)DE

1 000 5 1780 0000 1780 00002 000 10 1780 0000 1780 00003 000 15 1780 0000 1780 00004 079 5 0850 0002 1340 00015 079 10 0972 0003 1420 00026 079 15 1226 0008 1532 00017 158 5 0342 0003 0992 00018 158 10 0596 0003 1156 00039 158 15 0613 0003 1280 0003

10 237 5 0118 0002 0452 000111 237 10 0275 0003 0565 000312 237 15 0354 0003 0633 000213 316 5 0020 0001 0124 000214 316 10 0032 0001 0272 000115 316 15 0043 0001 0422 0002

Lianys Ortega Viera

NoMasa

Dpc lt 0067 (mm)

DE0067 ltDpclt 013

(mm)DE

1 000 5 0959 0002 1361 00012 000 10 1222 0002 1616 00023 000 15 0575 0002 1755 0002

Lianys Ortega Viera

4 079 5 0575 0003 1017 00015 079 10 0825 0001 1135 00026 079 15 1070 0002 1325 00017 158 5 0159 0003 0744 00028 158 10 0364 0002 0920 00019 158 15 0500 0006 1009 0002

10 237 5 0007 0001 0122 000411 237 10 0020 0002 0357 000112 237 15 0027 0003 0576 000213 316 5 0004 0001 0120 000214 316 10 0013 0002 0173 000115 316 15 0019 0001 0208 0002

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

(m3(membrana)h)

237 lt 0067 0021 1909 2698

Lianys Ortega Viera

natural cubana

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

NKn (-)NA 1011

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

(mm)as10-6 (m-1)

Ap (m2)

Lianys Ortega Viera

xAi (-) 00178 d(H2S)M(H2S) 002076Q(H2S)i (m

3s) (15 Lh) 741710-8 nAi(kmols) (15 Lh) 154010-9

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

(mm)NA 1011

Lianys Ortega Viera

578 568 173 197 193 203

Lianys Ortega Viera

03681 02099 4296 272 312 7537

Lianys Ortega Viera

Membranaski 1016

(m2)kf 1016

(m2)Variacioacuten

De 106 (m2s)

De 107 (m2s)

Variacioacuten

567 354 3757 272 855 6749

Lianys Ortega Viera

(CUCg - CUCL)

Costo (CUC)

Mv Mz Mv Mz

Total 221 182

Lianys Ortega Viera

MembranasCosto

materias primas ($)

Costo facilidades

auxiliares ($)

($)Viacutetreas 221 231 230 682

Lianys Ortega Viera

4 CONCLUSIONES

Lianys Ortega Viera

5 RECOMENDACIONES

Lianys Ortega Viera

ANEXOS

ANEXOS A TABLAS

1 000 000 0002 079 548 4343 158 1144 9074 237 1792 14255 316 2502 1995

Lianys Ortega Viera

(plusmn0

(plusmn

(plusmn0

artiacute

iacutetre

Lianys Ortega Viera

(plusmn0

(plusmn

(plusmn0

artiacute

Lianys Ortega Viera

NoMasa

natural cubana

Dpc lt0067 (mm)

0067 ltDpclt 013

Dpc lt 0067 (mm)

0067 ltDpclt 013

1 000 5 000 000 4312 23562 000 10 000 000 3134 9203 000 15 000 000 2288 1434 079 5 5225 2470 6771 42875 079 10 4540 2024 5366 36266 079 15 3115 1393 3991 25567 158 5 8079 4427 9106 58228 158 10 6654 3504 7953 48319 158 15 6554 2811 7191 432910 237 5 9334 7463 9962 931611 237 10 8366 6828 9882 799712 237 15 8013 6445 9847 676513 316 5 9887 9304 9969 932614 316 10 9820 8473 9928 902615 316 15 9756 7628 9892 8830

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

iacutetre

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

iacutetre

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

aacutes1

2 S)i 1

) f109

Viacutetr

aacutelcu

guacuten

oacutegic

viacutetr

)ε (-)

Viacutetr

Caacutel

aacutere

viacutetr

) i 108

) f109

2 )n A

Viacutetr

Caacutel

seguacute

a viacute

Lianys Ortega Viera

rgiacutea

siacuten

iacutetre

ioacuten

iacutetrea

Lianys Ortega Viera

AA 000840278 000840278 102 03202

AB 000720751 000720751 088 03566

BB 00316681 00316681 386 00594

Bloques 0000155556 00000777778 001 09906

Error total 0229721 000820433

Total (corr) 310256

R-cuadrada = 925958

Lianys Ortega Viera

FuenteSuma

de CuadradosGI

Cuadrado Medio

Masa de ZnO(s)

Entre grupos 71686E-11 4 179215E-11 048 07501

Intra grupos 185755E-10 5 37151E-11

Entre grupos 175561E-10 1 175561E-10 1715 00032

Intra grupos 8188E-11 8 10235E-11

FuenteSuma

de CuadradosGI

Cuadrado Medio

Masa de ZnO(s)

Entre grupos 00 4 00 1000 00133

Total (Corr) 00 9

Entre grupos 00 1 00 100 03466

Total (Corr) 00 9

Lianys Ortega Viera

A Masa de ZnO 240295 1 240295 27839

B Qop 18496 1 18496 2143

C Dpc 233251 1 233251 2702

AA 169403 1 169403 196

AB 000045125 1 000045125 000

AC 0811808 1 0811808 094

BB 003072 1 003072 004

BC 0169 1 0169 020

Bloques 218313 1 218313 25292

Error total 431585 50 0863169

Lianys Ortega Viera

AMasa de ZnO 146678 1 146678 61033

BQop 28917 1 28917 12032

CDpc 179854 1 179854 7484

AA 24206 1 24206 10072

AB 0513601 1 0513601 214

AC 0238521 1 0238521 099

BB 00012675 1 00012675 001

BC 294306 1 294306 1225

Bloques 0027735 1 0027735 012

Error total 120164 50 0240327

Lianys Ortega Viera

ANEXOS C FIGURAS

cubana

Lianys Ortega Viera

LIANYS ORTEGA VIERA

mica de la Cujae

Cubierta

Portada

Creacuteditos

Agradecimientos

Iacutendice

Introduccioacuten

4 Conclusiones

5 Recomendaciones

Anexos

Contracubierta

Lianys Ortega Viera

Tutoras

AGRADECIMIENTOS

SIacuteNTESIS

ABSTRACT

IacuteNDICE

4 CONCLUSIONES 113

INTRODUCCIOacuteN

Lianys Ortega Viera

11 Biogaacutes

Lianys Ortega Viera

2H2S(g) + O2(g) = 14 S8(s) + 2H2O(l) ∆H = - 444 kJ (11)

Lianys Ortega Viera

12 Membranas

Lianys Ortega Viera

123 Aplicaciones

Lianys Ortega Viera

211 Materias primas

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de vidrio (g)Masa

de ZnO(s) (g)Masa

(Dpc lt 0067) mm

1 1500 000 500 2502 1441 079 480 2503 1382 158 460 2504 1323 237 440 2505 1263 316 421 250

(0067 lt Dpc lt 013) mm

6 1500 000 500 2507 1441 079 480 2508 1382 158 460 2509 1323 237 440 250

10 1263 316 421 250

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de zeolita (g)Masa

de ZnO(s) (g)Masa

(Dpc lt 0067) mm

1 1900 000 100 2702 1821 079 100 2703 1742 158 100 2704 1663 237 100 2705 1584 316 100 270

(0067 lt Dpc lt 013) mm

6 1900 000 100 2707 1821 079 100 2708 1742 158 100 2709 1663 237 100 270

10 1584 316 100 270

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

000 079 158 237 316

(Dpc lt 0067) mm

r 106 (m)2580

r 106 (m)3670

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

τ=1 frasl ε (24)

Lianys Ortega Viera

tica del uido (m2s)

∙partpω

γ partx

Rep=ρ∙u+∙dp

partpωpartx

Lianys Ortega Viera

mente (gh)

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

mente (-)

Lianys Ortega Viera

CUC (Escobar 2016)

Lianys Ortega Viera

CorridasTemperatura

maacutexima (degC)

temperatura (min)

1 450 60 1983 1981 19842 450 90 1967 1966 19683 450 120 1960 1962 19594 500 60 1975 1973 19745 500 90 1958 1957 19596 500 120 1955 1953 19567 550 60 1936 1934 19378 550 90 1911 1912 19099 550 120 1908 1909 1908

10 600 60 1910 1909 191111 600 90 1902 1903 190212 600 120 1900 1902 1901

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

000 079 158 237 316

(Dpc lt 0067) mm

r 106 (m)272

r 106 (m)273

Lianys Ortega Viera

0 ndash 079 No 1 10-8

079 ndash 158 No 1 10-8

158 ndash 237 No 1 10-8

237 ndash 316 No 1 10-8

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

natural cubana

ε (-) τ (-) ε (-) τ (-)

000 lt 006704721

(plusmn00008)212

03688 (plusmn00008)

079 lt 006704552

(plusmn00006)220

03685 (plusmn00007)

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

natural cubana

ε (-) τ (-) ε (-) τ (-)

158 lt 006703783

(plusmn00005)264

03684 (plusmn00006)

237 lt 006703691

(plusmn00006)271

03681 (plusmn00008)

316 lt 006703682

(plusmn00005)272

03678 (plusmn00008)

000 0067-01306211

(plusmn00007)161

03705 (plusmn00007)

079 0067-01305589

(plusmn00007)179

03701 (plusmn00006)

158 0067-01304704

(plusmn00006)213

03698 (plusmn00008)

237 0067-01304288

(plusmn00008)233

03695 (plusmn00008)

316 0067-01303783

(plusmn00007)264

03691 (plusmn00007)

Lianys Ortega Viera

323 Permeabilidad

m(ZnO)(s) (g)Dpc

(mm)ε (-)

dp 106(m)

kv 1016

Lianys Ortega Viera

m(ZnO)(s) (g)Dpc

(mm)ε (-)

dp 106(m)

kv 1016

Lianys Ortega Viera

MA (kgkmol) 3406 --

MB (kgkmol) -- 249Tb (K) 213 1454

v 106 (m3mol) 329 296

Lianys Ortega Viera

13= 378 Aring= 378 10-10 mrB= 118∙ vB

13= 365 Aring= 365 10-10 m = 37210-10 m

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

Def 106 (m2s)

natural cubana

Lianys Ortega Viera

NoMasa

Dpc lt 0067 (mm)

DE0067 ltDpclt 013

(mm)DE

1 000 5 1780 0000 1780 00002 000 10 1780 0000 1780 00003 000 15 1780 0000 1780 00004 079 5 0850 0002 1340 00015 079 10 0972 0003 1420 00026 079 15 1226 0008 1532 00017 158 5 0342 0003 0992 00018 158 10 0596 0003 1156 00039 158 15 0613 0003 1280 0003

10 237 5 0118 0002 0452 000111 237 10 0275 0003 0565 000312 237 15 0354 0003 0633 000213 316 5 0020 0001 0124 000214 316 10 0032 0001 0272 000115 316 15 0043 0001 0422 0002

Lianys Ortega Viera

NoMasa

Dpc lt 0067 (mm)

DE0067 ltDpclt 013

(mm)DE

1 000 5 0959 0002 1361 00012 000 10 1222 0002 1616 00023 000 15 0575 0002 1755 0002

Lianys Ortega Viera

4 079 5 0575 0003 1017 00015 079 10 0825 0001 1135 00026 079 15 1070 0002 1325 00017 158 5 0159 0003 0744 00028 158 10 0364 0002 0920 00019 158 15 0500 0006 1009 0002

10 237 5 0007 0001 0122 000411 237 10 0020 0002 0357 000112 237 15 0027 0003 0576 000213 316 5 0004 0001 0120 000214 316 10 0013 0002 0173 000115 316 15 0019 0001 0208 0002

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

(m3(membrana)h)

237 lt 0067 0021 1909 2698

Lianys Ortega Viera

natural cubana

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

NKn (-)NA 1011

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

(mm)as10-6 (m-1)

Ap (m2)

Lianys Ortega Viera

xAi (-) 00178 d(H2S)M(H2S) 002076Q(H2S)i (m

3s) (15 Lh) 741710-8 nAi(kmols) (15 Lh) 154010-9

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

(mm)NA 1011

Lianys Ortega Viera

578 568 173 197 193 203

Lianys Ortega Viera

03681 02099 4296 272 312 7537

Lianys Ortega Viera

Membranaski 1016

(m2)kf 1016

(m2)Variacioacuten

De 106 (m2s)

De 107 (m2s)

Variacioacuten

567 354 3757 272 855 6749

Lianys Ortega Viera

(CUCg - CUCL)

Costo (CUC)

Mv Mz Mv Mz

Total 221 182

Lianys Ortega Viera

MembranasCosto

materias primas ($)

Costo facilidades

auxiliares ($)

($)Viacutetreas 221 231 230 682

Lianys Ortega Viera

4 CONCLUSIONES

Lianys Ortega Viera

5 RECOMENDACIONES

Lianys Ortega Viera

ANEXOS

ANEXOS A TABLAS

1 000 000 0002 079 548 4343 158 1144 9074 237 1792 14255 316 2502 1995

Lianys Ortega Viera

(plusmn0

(plusmn

(plusmn0

artiacute

iacutetre

Lianys Ortega Viera

(plusmn0

(plusmn

(plusmn0

artiacute

Lianys Ortega Viera

NoMasa

natural cubana

Dpc lt0067 (mm)

0067 ltDpclt 013

Dpc lt 0067 (mm)

0067 ltDpclt 013

1 000 5 000 000 4312 23562 000 10 000 000 3134 9203 000 15 000 000 2288 1434 079 5 5225 2470 6771 42875 079 10 4540 2024 5366 36266 079 15 3115 1393 3991 25567 158 5 8079 4427 9106 58228 158 10 6654 3504 7953 48319 158 15 6554 2811 7191 432910 237 5 9334 7463 9962 931611 237 10 8366 6828 9882 799712 237 15 8013 6445 9847 676513 316 5 9887 9304 9969 932614 316 10 9820 8473 9928 902615 316 15 9756 7628 9892 8830

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

iacutetre

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

iacutetre

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

aacutes1

2 S)i 1

) f109

Viacutetr

aacutelcu

guacuten

oacutegic

viacutetr

)ε (-)

Viacutetr

Caacutel

aacutere

viacutetr

) i 108

) f109

2 )n A

Viacutetr

Caacutel

seguacute

a viacute

Lianys Ortega Viera

rgiacutea

siacuten

iacutetre

ioacuten

iacutetrea

Lianys Ortega Viera

AA 000840278 000840278 102 03202

AB 000720751 000720751 088 03566

BB 00316681 00316681 386 00594

Bloques 0000155556 00000777778 001 09906

Error total 0229721 000820433

Total (corr) 310256

R-cuadrada = 925958

Lianys Ortega Viera

FuenteSuma

de CuadradosGI

Cuadrado Medio

Masa de ZnO(s)

Entre grupos 71686E-11 4 179215E-11 048 07501

Intra grupos 185755E-10 5 37151E-11

Entre grupos 175561E-10 1 175561E-10 1715 00032

Intra grupos 8188E-11 8 10235E-11

FuenteSuma

de CuadradosGI

Cuadrado Medio

Masa de ZnO(s)

Entre grupos 00 4 00 1000 00133

Total (Corr) 00 9

Entre grupos 00 1 00 100 03466

Total (Corr) 00 9

Lianys Ortega Viera

A Masa de ZnO 240295 1 240295 27839

B Qop 18496 1 18496 2143

C Dpc 233251 1 233251 2702

AA 169403 1 169403 196

AB 000045125 1 000045125 000

AC 0811808 1 0811808 094

BB 003072 1 003072 004

BC 0169 1 0169 020

Bloques 218313 1 218313 25292

Error total 431585 50 0863169

Lianys Ortega Viera

AMasa de ZnO 146678 1 146678 61033

BQop 28917 1 28917 12032

CDpc 179854 1 179854 7484

AA 24206 1 24206 10072

AB 0513601 1 0513601 214

AC 0238521 1 0238521 099

BB 00012675 1 00012675 001

BC 294306 1 294306 1225

Bloques 0027735 1 0027735 012

Error total 120164 50 0240327

Lianys Ortega Viera

ANEXOS C FIGURAS

cubana

Lianys Ortega Viera

LIANYS ORTEGA VIERA

mica de la Cujae

Cubierta

Portada

Creacuteditos

Agradecimientos

Iacutendice

Introduccioacuten

4 Conclusiones

5 Recomendaciones

Anexos

Contracubierta

AGRADECIMIENTOS

SIacuteNTESIS

ABSTRACT

IacuteNDICE

4 CONCLUSIONES 113

INTRODUCCIOacuteN

Lianys Ortega Viera

11 Biogaacutes

Lianys Ortega Viera

2H2S(g) + O2(g) = 14 S8(s) + 2H2O(l) ∆H = - 444 kJ (11)

Lianys Ortega Viera

12 Membranas

Lianys Ortega Viera

123 Aplicaciones

Lianys Ortega Viera

211 Materias primas

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de vidrio (g)Masa

de ZnO(s) (g)Masa

(Dpc lt 0067) mm

1 1500 000 500 2502 1441 079 480 2503 1382 158 460 2504 1323 237 440 2505 1263 316 421 250

(0067 lt Dpc lt 013) mm

6 1500 000 500 2507 1441 079 480 2508 1382 158 460 2509 1323 237 440 250

10 1263 316 421 250

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de zeolita (g)Masa

de ZnO(s) (g)Masa

(Dpc lt 0067) mm

1 1900 000 100 2702 1821 079 100 2703 1742 158 100 2704 1663 237 100 2705 1584 316 100 270

(0067 lt Dpc lt 013) mm

6 1900 000 100 2707 1821 079 100 2708 1742 158 100 2709 1663 237 100 270

10 1584 316 100 270

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

000 079 158 237 316

(Dpc lt 0067) mm

r 106 (m)2580

r 106 (m)3670

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

τ=1 frasl ε (24)

Lianys Ortega Viera

tica del uido (m2s)

∙partpω

γ partx

Rep=ρ∙u+∙dp

partpωpartx

Lianys Ortega Viera

mente (gh)

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

mente (-)

Lianys Ortega Viera

CUC (Escobar 2016)

Lianys Ortega Viera

CorridasTemperatura

maacutexima (degC)

temperatura (min)

1 450 60 1983 1981 19842 450 90 1967 1966 19683 450 120 1960 1962 19594 500 60 1975 1973 19745 500 90 1958 1957 19596 500 120 1955 1953 19567 550 60 1936 1934 19378 550 90 1911 1912 19099 550 120 1908 1909 1908

10 600 60 1910 1909 191111 600 90 1902 1903 190212 600 120 1900 1902 1901

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

000 079 158 237 316

(Dpc lt 0067) mm

r 106 (m)272

r 106 (m)273

Lianys Ortega Viera

0 ndash 079 No 1 10-8

079 ndash 158 No 1 10-8

158 ndash 237 No 1 10-8

237 ndash 316 No 1 10-8

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

natural cubana

ε (-) τ (-) ε (-) τ (-)

000 lt 006704721

(plusmn00008)212

03688 (plusmn00008)

079 lt 006704552

(plusmn00006)220

03685 (plusmn00007)

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

natural cubana

ε (-) τ (-) ε (-) τ (-)

158 lt 006703783

(plusmn00005)264

03684 (plusmn00006)

237 lt 006703691

(plusmn00006)271

03681 (plusmn00008)

316 lt 006703682

(plusmn00005)272

03678 (plusmn00008)

000 0067-01306211

(plusmn00007)161

03705 (plusmn00007)

079 0067-01305589

(plusmn00007)179

03701 (plusmn00006)

158 0067-01304704

(plusmn00006)213

03698 (plusmn00008)

237 0067-01304288

(plusmn00008)233

03695 (plusmn00008)

316 0067-01303783

(plusmn00007)264

03691 (plusmn00007)

Lianys Ortega Viera

323 Permeabilidad

m(ZnO)(s) (g)Dpc

(mm)ε (-)

dp 106(m)

kv 1016

Lianys Ortega Viera

m(ZnO)(s) (g)Dpc

(mm)ε (-)

dp 106(m)

kv 1016

Lianys Ortega Viera

MA (kgkmol) 3406 --

MB (kgkmol) -- 249Tb (K) 213 1454

v 106 (m3mol) 329 296

Lianys Ortega Viera

13= 378 Aring= 378 10-10 mrB= 118∙ vB

13= 365 Aring= 365 10-10 m = 37210-10 m

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

Def 106 (m2s)

natural cubana

Lianys Ortega Viera

NoMasa

Dpc lt 0067 (mm)

DE0067 ltDpclt 013

(mm)DE

1 000 5 1780 0000 1780 00002 000 10 1780 0000 1780 00003 000 15 1780 0000 1780 00004 079 5 0850 0002 1340 00015 079 10 0972 0003 1420 00026 079 15 1226 0008 1532 00017 158 5 0342 0003 0992 00018 158 10 0596 0003 1156 00039 158 15 0613 0003 1280 0003

10 237 5 0118 0002 0452 000111 237 10 0275 0003 0565 000312 237 15 0354 0003 0633 000213 316 5 0020 0001 0124 000214 316 10 0032 0001 0272 000115 316 15 0043 0001 0422 0002

Lianys Ortega Viera

NoMasa

Dpc lt 0067 (mm)

DE0067 ltDpclt 013

(mm)DE

1 000 5 0959 0002 1361 00012 000 10 1222 0002 1616 00023 000 15 0575 0002 1755 0002

Lianys Ortega Viera

4 079 5 0575 0003 1017 00015 079 10 0825 0001 1135 00026 079 15 1070 0002 1325 00017 158 5 0159 0003 0744 00028 158 10 0364 0002 0920 00019 158 15 0500 0006 1009 0002

10 237 5 0007 0001 0122 000411 237 10 0020 0002 0357 000112 237 15 0027 0003 0576 000213 316 5 0004 0001 0120 000214 316 10 0013 0002 0173 000115 316 15 0019 0001 0208 0002

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

(m3(membrana)h)

237 lt 0067 0021 1909 2698

Lianys Ortega Viera

natural cubana

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

NKn (-)NA 1011

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

(mm)as10-6 (m-1)

Ap (m2)

Lianys Ortega Viera

xAi (-) 00178 d(H2S)M(H2S) 002076Q(H2S)i (m

3s) (15 Lh) 741710-8 nAi(kmols) (15 Lh) 154010-9

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

(mm)NA 1011

Lianys Ortega Viera

578 568 173 197 193 203

Lianys Ortega Viera

03681 02099 4296 272 312 7537

Lianys Ortega Viera

Membranaski 1016

(m2)kf 1016

(m2)Variacioacuten

De 106 (m2s)

De 107 (m2s)

Variacioacuten

567 354 3757 272 855 6749

Lianys Ortega Viera

(CUCg - CUCL)

Costo (CUC)

Mv Mz Mv Mz

Total 221 182

Lianys Ortega Viera

MembranasCosto

materias primas ($)

Costo facilidades

auxiliares ($)

($)Viacutetreas 221 231 230 682

Lianys Ortega Viera

4 CONCLUSIONES

Lianys Ortega Viera

5 RECOMENDACIONES

Lianys Ortega Viera

ANEXOS

ANEXOS A TABLAS

1 000 000 0002 079 548 4343 158 1144 9074 237 1792 14255 316 2502 1995

Lianys Ortega Viera

(plusmn0

(plusmn

(plusmn0

artiacute

iacutetre

Lianys Ortega Viera

(plusmn0

(plusmn

(plusmn0

artiacute

Lianys Ortega Viera

NoMasa

natural cubana

Dpc lt0067 (mm)

0067 ltDpclt 013

Dpc lt 0067 (mm)

0067 ltDpclt 013

1 000 5 000 000 4312 23562 000 10 000 000 3134 9203 000 15 000 000 2288 1434 079 5 5225 2470 6771 42875 079 10 4540 2024 5366 36266 079 15 3115 1393 3991 25567 158 5 8079 4427 9106 58228 158 10 6654 3504 7953 48319 158 15 6554 2811 7191 432910 237 5 9334 7463 9962 931611 237 10 8366 6828 9882 799712 237 15 8013 6445 9847 676513 316 5 9887 9304 9969 932614 316 10 9820 8473 9928 902615 316 15 9756 7628 9892 8830

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

iacutetre

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

iacutetre

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

aacutes1

2 S)i 1

) f109

Viacutetr

aacutelcu

guacuten

oacutegic

viacutetr

)ε (-)

Viacutetr

Caacutel

aacutere

viacutetr

) i 108

) f109

2 )n A

Viacutetr

Caacutel

seguacute

a viacute

Lianys Ortega Viera

rgiacutea

siacuten

iacutetre

ioacuten

iacutetrea

Lianys Ortega Viera

AA 000840278 000840278 102 03202

AB 000720751 000720751 088 03566

BB 00316681 00316681 386 00594

Bloques 0000155556 00000777778 001 09906

Error total 0229721 000820433

Total (corr) 310256

R-cuadrada = 925958

Lianys Ortega Viera

FuenteSuma

de CuadradosGI

Cuadrado Medio

Masa de ZnO(s)

Entre grupos 71686E-11 4 179215E-11 048 07501

Intra grupos 185755E-10 5 37151E-11

Entre grupos 175561E-10 1 175561E-10 1715 00032

Intra grupos 8188E-11 8 10235E-11

FuenteSuma

de CuadradosGI

Cuadrado Medio

Masa de ZnO(s)

Entre grupos 00 4 00 1000 00133

Total (Corr) 00 9

Entre grupos 00 1 00 100 03466

Total (Corr) 00 9

Lianys Ortega Viera

A Masa de ZnO 240295 1 240295 27839

B Qop 18496 1 18496 2143

C Dpc 233251 1 233251 2702

AA 169403 1 169403 196

AB 000045125 1 000045125 000

AC 0811808 1 0811808 094

BB 003072 1 003072 004

BC 0169 1 0169 020

Bloques 218313 1 218313 25292

Error total 431585 50 0863169

Lianys Ortega Viera

AMasa de ZnO 146678 1 146678 61033

BQop 28917 1 28917 12032

CDpc 179854 1 179854 7484

AA 24206 1 24206 10072

AB 0513601 1 0513601 214

AC 0238521 1 0238521 099

BB 00012675 1 00012675 001

BC 294306 1 294306 1225

Bloques 0027735 1 0027735 012

Error total 120164 50 0240327

Lianys Ortega Viera

ANEXOS C FIGURAS

cubana

Lianys Ortega Viera

LIANYS ORTEGA VIERA

mica de la Cujae

Cubierta

Portada

Creacuteditos

Agradecimientos

Iacutendice

Introduccioacuten

4 Conclusiones

5 Recomendaciones

Anexos

Contracubierta

AGRADECIMIENTOS

SIacuteNTESIS

ABSTRACT

IacuteNDICE

4 CONCLUSIONES 113

INTRODUCCIOacuteN

Lianys Ortega Viera

11 Biogaacutes

Lianys Ortega Viera

2H2S(g) + O2(g) = 14 S8(s) + 2H2O(l) ∆H = - 444 kJ (11)

Lianys Ortega Viera

12 Membranas

Lianys Ortega Viera

123 Aplicaciones

Lianys Ortega Viera

211 Materias primas

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de vidrio (g)Masa

de ZnO(s) (g)Masa

(Dpc lt 0067) mm

1 1500 000 500 2502 1441 079 480 2503 1382 158 460 2504 1323 237 440 2505 1263 316 421 250

(0067 lt Dpc lt 013) mm

6 1500 000 500 2507 1441 079 480 2508 1382 158 460 2509 1323 237 440 250

10 1263 316 421 250

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de zeolita (g)Masa

de ZnO(s) (g)Masa

(Dpc lt 0067) mm

1 1900 000 100 2702 1821 079 100 2703 1742 158 100 2704 1663 237 100 2705 1584 316 100 270

(0067 lt Dpc lt 013) mm

6 1900 000 100 2707 1821 079 100 2708 1742 158 100 2709 1663 237 100 270

10 1584 316 100 270

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

000 079 158 237 316

(Dpc lt 0067) mm

r 106 (m)2580

r 106 (m)3670

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

τ=1 frasl ε (24)

Lianys Ortega Viera

tica del uido (m2s)

∙partpω

γ partx

Rep=ρ∙u+∙dp

partpωpartx

Lianys Ortega Viera

mente (gh)

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

mente (-)

Lianys Ortega Viera

CUC (Escobar 2016)

Lianys Ortega Viera

CorridasTemperatura

maacutexima (degC)

temperatura (min)

1 450 60 1983 1981 19842 450 90 1967 1966 19683 450 120 1960 1962 19594 500 60 1975 1973 19745 500 90 1958 1957 19596 500 120 1955 1953 19567 550 60 1936 1934 19378 550 90 1911 1912 19099 550 120 1908 1909 1908

10 600 60 1910 1909 191111 600 90 1902 1903 190212 600 120 1900 1902 1901

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

000 079 158 237 316

(Dpc lt 0067) mm

r 106 (m)272

r 106 (m)273

Lianys Ortega Viera

0 ndash 079 No 1 10-8

079 ndash 158 No 1 10-8

158 ndash 237 No 1 10-8

237 ndash 316 No 1 10-8

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

natural cubana

ε (-) τ (-) ε (-) τ (-)

000 lt 006704721

(plusmn00008)212

03688 (plusmn00008)

079 lt 006704552

(plusmn00006)220

03685 (plusmn00007)

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

natural cubana

ε (-) τ (-) ε (-) τ (-)

158 lt 006703783

(plusmn00005)264

03684 (plusmn00006)

237 lt 006703691

(plusmn00006)271

03681 (plusmn00008)

316 lt 006703682

(plusmn00005)272

03678 (plusmn00008)

000 0067-01306211

(plusmn00007)161

03705 (plusmn00007)

079 0067-01305589

(plusmn00007)179

03701 (plusmn00006)

158 0067-01304704

(plusmn00006)213

03698 (plusmn00008)

237 0067-01304288

(plusmn00008)233

03695 (plusmn00008)

316 0067-01303783

(plusmn00007)264

03691 (plusmn00007)

Lianys Ortega Viera

323 Permeabilidad

m(ZnO)(s) (g)Dpc

(mm)ε (-)

dp 106(m)

kv 1016

Lianys Ortega Viera

m(ZnO)(s) (g)Dpc

(mm)ε (-)

dp 106(m)

kv 1016

Lianys Ortega Viera

MA (kgkmol) 3406 --

MB (kgkmol) -- 249Tb (K) 213 1454

v 106 (m3mol) 329 296

Lianys Ortega Viera

13= 378 Aring= 378 10-10 mrB= 118∙ vB

13= 365 Aring= 365 10-10 m = 37210-10 m

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

Def 106 (m2s)

natural cubana

Lianys Ortega Viera

NoMasa

Dpc lt 0067 (mm)

DE0067 ltDpclt 013

(mm)DE

1 000 5 1780 0000 1780 00002 000 10 1780 0000 1780 00003 000 15 1780 0000 1780 00004 079 5 0850 0002 1340 00015 079 10 0972 0003 1420 00026 079 15 1226 0008 1532 00017 158 5 0342 0003 0992 00018 158 10 0596 0003 1156 00039 158 15 0613 0003 1280 0003

10 237 5 0118 0002 0452 000111 237 10 0275 0003 0565 000312 237 15 0354 0003 0633 000213 316 5 0020 0001 0124 000214 316 10 0032 0001 0272 000115 316 15 0043 0001 0422 0002

Lianys Ortega Viera

NoMasa

Dpc lt 0067 (mm)

DE0067 ltDpclt 013

(mm)DE

1 000 5 0959 0002 1361 00012 000 10 1222 0002 1616 00023 000 15 0575 0002 1755 0002

Lianys Ortega Viera

4 079 5 0575 0003 1017 00015 079 10 0825 0001 1135 00026 079 15 1070 0002 1325 00017 158 5 0159 0003 0744 00028 158 10 0364 0002 0920 00019 158 15 0500 0006 1009 0002

10 237 5 0007 0001 0122 000411 237 10 0020 0002 0357 000112 237 15 0027 0003 0576 000213 316 5 0004 0001 0120 000214 316 10 0013 0002 0173 000115 316 15 0019 0001 0208 0002

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

(m3(membrana)h)

237 lt 0067 0021 1909 2698

Lianys Ortega Viera

natural cubana

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

NKn (-)NA 1011

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

(mm)as10-6 (m-1)

Ap (m2)

Lianys Ortega Viera

xAi (-) 00178 d(H2S)M(H2S) 002076Q(H2S)i (m

3s) (15 Lh) 741710-8 nAi(kmols) (15 Lh) 154010-9

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

(mm)NA 1011

Lianys Ortega Viera

578 568 173 197 193 203

Lianys Ortega Viera

03681 02099 4296 272 312 7537

Lianys Ortega Viera

Membranaski 1016

(m2)kf 1016

(m2)Variacioacuten

De 106 (m2s)

De 107 (m2s)

Variacioacuten

567 354 3757 272 855 6749

Lianys Ortega Viera

(CUCg - CUCL)

Costo (CUC)

Mv Mz Mv Mz

Total 221 182

Lianys Ortega Viera

MembranasCosto

materias primas ($)

Costo facilidades

auxiliares ($)

($)Viacutetreas 221 231 230 682

Lianys Ortega Viera

4 CONCLUSIONES

Lianys Ortega Viera

5 RECOMENDACIONES

Lianys Ortega Viera

ANEXOS

ANEXOS A TABLAS

1 000 000 0002 079 548 4343 158 1144 9074 237 1792 14255 316 2502 1995

Lianys Ortega Viera

(plusmn0

(plusmn

(plusmn0

artiacute

iacutetre

Lianys Ortega Viera

(plusmn0

(plusmn

(plusmn0

artiacute

Lianys Ortega Viera

NoMasa

natural cubana

Dpc lt0067 (mm)

0067 ltDpclt 013

Dpc lt 0067 (mm)

0067 ltDpclt 013

1 000 5 000 000 4312 23562 000 10 000 000 3134 9203 000 15 000 000 2288 1434 079 5 5225 2470 6771 42875 079 10 4540 2024 5366 36266 079 15 3115 1393 3991 25567 158 5 8079 4427 9106 58228 158 10 6654 3504 7953 48319 158 15 6554 2811 7191 432910 237 5 9334 7463 9962 931611 237 10 8366 6828 9882 799712 237 15 8013 6445 9847 676513 316 5 9887 9304 9969 932614 316 10 9820 8473 9928 902615 316 15 9756 7628 9892 8830

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

iacutetre

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

iacutetre

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

aacutes1

2 S)i 1

) f109

Viacutetr

aacutelcu

guacuten

oacutegic

viacutetr

)ε (-)

Viacutetr

Caacutel

aacutere

viacutetr

) i 108

) f109

2 )n A

Viacutetr

Caacutel

seguacute

a viacute

Lianys Ortega Viera

rgiacutea

siacuten

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ioacuten

iacutetrea

Lianys Ortega Viera

AA 000840278 000840278 102 03202

AB 000720751 000720751 088 03566

BB 00316681 00316681 386 00594

Bloques 0000155556 00000777778 001 09906

Error total 0229721 000820433

Total (corr) 310256

R-cuadrada = 925958

Lianys Ortega Viera

FuenteSuma

de CuadradosGI

Cuadrado Medio

Masa de ZnO(s)

Entre grupos 71686E-11 4 179215E-11 048 07501

Intra grupos 185755E-10 5 37151E-11

Entre grupos 175561E-10 1 175561E-10 1715 00032

Intra grupos 8188E-11 8 10235E-11

FuenteSuma

de CuadradosGI

Cuadrado Medio

Masa de ZnO(s)

Entre grupos 00 4 00 1000 00133

Total (Corr) 00 9

Entre grupos 00 1 00 100 03466

Total (Corr) 00 9

Lianys Ortega Viera

A Masa de ZnO 240295 1 240295 27839

B Qop 18496 1 18496 2143

C Dpc 233251 1 233251 2702

AA 169403 1 169403 196

AB 000045125 1 000045125 000

AC 0811808 1 0811808 094

BB 003072 1 003072 004

BC 0169 1 0169 020

Bloques 218313 1 218313 25292

Error total 431585 50 0863169

Lianys Ortega Viera

AMasa de ZnO 146678 1 146678 61033

BQop 28917 1 28917 12032

CDpc 179854 1 179854 7484

AA 24206 1 24206 10072

AB 0513601 1 0513601 214

AC 0238521 1 0238521 099

BB 00012675 1 00012675 001

BC 294306 1 294306 1225

Bloques 0027735 1 0027735 012

Error total 120164 50 0240327

Lianys Ortega Viera

ANEXOS C FIGURAS

cubana

Lianys Ortega Viera

LIANYS ORTEGA VIERA

mica de la Cujae

Cubierta

Portada

Creacuteditos

Agradecimientos

Iacutendice

Introduccioacuten

4 Conclusiones

5 Recomendaciones

Anexos

Contracubierta

AGRADECIMIENTOS

SIacuteNTESIS

ABSTRACT

IacuteNDICE

4 CONCLUSIONES 113

INTRODUCCIOacuteN

Lianys Ortega Viera

11 Biogaacutes

Lianys Ortega Viera

2H2S(g) + O2(g) = 14 S8(s) + 2H2O(l) ∆H = - 444 kJ (11)

Lianys Ortega Viera

12 Membranas

Lianys Ortega Viera

123 Aplicaciones

Lianys Ortega Viera

211 Materias primas

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de vidrio (g)Masa

de ZnO(s) (g)Masa

(Dpc lt 0067) mm

1 1500 000 500 2502 1441 079 480 2503 1382 158 460 2504 1323 237 440 2505 1263 316 421 250

(0067 lt Dpc lt 013) mm

6 1500 000 500 2507 1441 079 480 2508 1382 158 460 2509 1323 237 440 250

10 1263 316 421 250

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de zeolita (g)Masa

de ZnO(s) (g)Masa

(Dpc lt 0067) mm

1 1900 000 100 2702 1821 079 100 2703 1742 158 100 2704 1663 237 100 2705 1584 316 100 270

(0067 lt Dpc lt 013) mm

6 1900 000 100 2707 1821 079 100 2708 1742 158 100 2709 1663 237 100 270

10 1584 316 100 270

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

000 079 158 237 316

(Dpc lt 0067) mm

r 106 (m)2580

r 106 (m)3670

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

τ=1 frasl ε (24)

Lianys Ortega Viera

tica del uido (m2s)

∙partpω

γ partx

Rep=ρ∙u+∙dp

partpωpartx

Lianys Ortega Viera

mente (gh)

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

mente (-)

Lianys Ortega Viera

CUC (Escobar 2016)

Lianys Ortega Viera

CorridasTemperatura

maacutexima (degC)

temperatura (min)

1 450 60 1983 1981 19842 450 90 1967 1966 19683 450 120 1960 1962 19594 500 60 1975 1973 19745 500 90 1958 1957 19596 500 120 1955 1953 19567 550 60 1936 1934 19378 550 90 1911 1912 19099 550 120 1908 1909 1908

10 600 60 1910 1909 191111 600 90 1902 1903 190212 600 120 1900 1902 1901

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

000 079 158 237 316

(Dpc lt 0067) mm

r 106 (m)272

r 106 (m)273

Lianys Ortega Viera

0 ndash 079 No 1 10-8

079 ndash 158 No 1 10-8

158 ndash 237 No 1 10-8

237 ndash 316 No 1 10-8

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

natural cubana

ε (-) τ (-) ε (-) τ (-)

000 lt 006704721

(plusmn00008)212

03688 (plusmn00008)

079 lt 006704552

(plusmn00006)220

03685 (plusmn00007)

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

natural cubana

ε (-) τ (-) ε (-) τ (-)

158 lt 006703783

(plusmn00005)264

03684 (plusmn00006)

237 lt 006703691

(plusmn00006)271

03681 (plusmn00008)

316 lt 006703682

(plusmn00005)272

03678 (plusmn00008)

000 0067-01306211

(plusmn00007)161

03705 (plusmn00007)

079 0067-01305589

(plusmn00007)179

03701 (plusmn00006)

158 0067-01304704

(plusmn00006)213

03698 (plusmn00008)

237 0067-01304288

(plusmn00008)233

03695 (plusmn00008)

316 0067-01303783

(plusmn00007)264

03691 (plusmn00007)

Lianys Ortega Viera

323 Permeabilidad

m(ZnO)(s) (g)Dpc

(mm)ε (-)

dp 106(m)

kv 1016

Lianys Ortega Viera

m(ZnO)(s) (g)Dpc

(mm)ε (-)

dp 106(m)

kv 1016

Lianys Ortega Viera

MA (kgkmol) 3406 --

MB (kgkmol) -- 249Tb (K) 213 1454

v 106 (m3mol) 329 296

Lianys Ortega Viera

13= 378 Aring= 378 10-10 mrB= 118∙ vB

13= 365 Aring= 365 10-10 m = 37210-10 m

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

Def 106 (m2s)

natural cubana

Lianys Ortega Viera

NoMasa

Dpc lt 0067 (mm)

DE0067 ltDpclt 013

(mm)DE

1 000 5 1780 0000 1780 00002 000 10 1780 0000 1780 00003 000 15 1780 0000 1780 00004 079 5 0850 0002 1340 00015 079 10 0972 0003 1420 00026 079 15 1226 0008 1532 00017 158 5 0342 0003 0992 00018 158 10 0596 0003 1156 00039 158 15 0613 0003 1280 0003

10 237 5 0118 0002 0452 000111 237 10 0275 0003 0565 000312 237 15 0354 0003 0633 000213 316 5 0020 0001 0124 000214 316 10 0032 0001 0272 000115 316 15 0043 0001 0422 0002

Lianys Ortega Viera

NoMasa

Dpc lt 0067 (mm)

DE0067 ltDpclt 013

(mm)DE

1 000 5 0959 0002 1361 00012 000 10 1222 0002 1616 00023 000 15 0575 0002 1755 0002

Lianys Ortega Viera

4 079 5 0575 0003 1017 00015 079 10 0825 0001 1135 00026 079 15 1070 0002 1325 00017 158 5 0159 0003 0744 00028 158 10 0364 0002 0920 00019 158 15 0500 0006 1009 0002

10 237 5 0007 0001 0122 000411 237 10 0020 0002 0357 000112 237 15 0027 0003 0576 000213 316 5 0004 0001 0120 000214 316 10 0013 0002 0173 000115 316 15 0019 0001 0208 0002

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

(m3(membrana)h)

237 lt 0067 0021 1909 2698

Lianys Ortega Viera

natural cubana

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

NKn (-)NA 1011

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

(mm)as10-6 (m-1)

Ap (m2)

Lianys Ortega Viera

xAi (-) 00178 d(H2S)M(H2S) 002076Q(H2S)i (m

3s) (15 Lh) 741710-8 nAi(kmols) (15 Lh) 154010-9

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

(mm)NA 1011

Lianys Ortega Viera

578 568 173 197 193 203

Lianys Ortega Viera

03681 02099 4296 272 312 7537

Lianys Ortega Viera

Membranaski 1016

(m2)kf 1016

(m2)Variacioacuten

De 106 (m2s)

De 107 (m2s)

Variacioacuten

567 354 3757 272 855 6749

Lianys Ortega Viera

(CUCg - CUCL)

Costo (CUC)

Mv Mz Mv Mz

Total 221 182

Lianys Ortega Viera

MembranasCosto

materias primas ($)

Costo facilidades

auxiliares ($)

($)Viacutetreas 221 231 230 682

Lianys Ortega Viera

4 CONCLUSIONES

Lianys Ortega Viera

5 RECOMENDACIONES

Lianys Ortega Viera

ANEXOS

ANEXOS A TABLAS

1 000 000 0002 079 548 4343 158 1144 9074 237 1792 14255 316 2502 1995

Lianys Ortega Viera

(plusmn0

(plusmn

(plusmn0

artiacute

iacutetre

Lianys Ortega Viera

(plusmn0

(plusmn

(plusmn0

artiacute

Lianys Ortega Viera

NoMasa

natural cubana

Dpc lt0067 (mm)

0067 ltDpclt 013

Dpc lt 0067 (mm)

0067 ltDpclt 013

1 000 5 000 000 4312 23562 000 10 000 000 3134 9203 000 15 000 000 2288 1434 079 5 5225 2470 6771 42875 079 10 4540 2024 5366 36266 079 15 3115 1393 3991 25567 158 5 8079 4427 9106 58228 158 10 6654 3504 7953 48319 158 15 6554 2811 7191 432910 237 5 9334 7463 9962 931611 237 10 8366 6828 9882 799712 237 15 8013 6445 9847 676513 316 5 9887 9304 9969 932614 316 10 9820 8473 9928 902615 316 15 9756 7628 9892 8830

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

iacutetre

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

iacutetre

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

aacutes1

2 S)i 1

) f109

Viacutetr

aacutelcu

guacuten

oacutegic

viacutetr

)ε (-)

Viacutetr

Caacutel

aacutere

viacutetr

) i 108

) f109

2 )n A

Viacutetr

Caacutel

seguacute

a viacute

Lianys Ortega Viera

rgiacutea

siacuten

iacutetre

ioacuten

iacutetrea

Lianys Ortega Viera

AA 000840278 000840278 102 03202

AB 000720751 000720751 088 03566

BB 00316681 00316681 386 00594

Bloques 0000155556 00000777778 001 09906

Error total 0229721 000820433

Total (corr) 310256

R-cuadrada = 925958

Lianys Ortega Viera

FuenteSuma

de CuadradosGI

Cuadrado Medio

Masa de ZnO(s)

Entre grupos 71686E-11 4 179215E-11 048 07501

Intra grupos 185755E-10 5 37151E-11

Entre grupos 175561E-10 1 175561E-10 1715 00032

Intra grupos 8188E-11 8 10235E-11

FuenteSuma

de CuadradosGI

Cuadrado Medio

Masa de ZnO(s)

Entre grupos 00 4 00 1000 00133

Total (Corr) 00 9

Entre grupos 00 1 00 100 03466

Total (Corr) 00 9

Lianys Ortega Viera

A Masa de ZnO 240295 1 240295 27839

B Qop 18496 1 18496 2143

C Dpc 233251 1 233251 2702

AA 169403 1 169403 196

AB 000045125 1 000045125 000

AC 0811808 1 0811808 094

BB 003072 1 003072 004

BC 0169 1 0169 020

Bloques 218313 1 218313 25292

Error total 431585 50 0863169

Lianys Ortega Viera

AMasa de ZnO 146678 1 146678 61033

BQop 28917 1 28917 12032

CDpc 179854 1 179854 7484

AA 24206 1 24206 10072

AB 0513601 1 0513601 214

AC 0238521 1 0238521 099

BB 00012675 1 00012675 001

BC 294306 1 294306 1225

Bloques 0027735 1 0027735 012

Error total 120164 50 0240327

Lianys Ortega Viera

ANEXOS C FIGURAS

cubana

Lianys Ortega Viera

LIANYS ORTEGA VIERA

mica de la Cujae

Cubierta

Portada

Creacuteditos

Agradecimientos

Iacutendice

Introduccioacuten

4 Conclusiones

5 Recomendaciones

Anexos

Contracubierta

SIacuteNTESIS

ABSTRACT

IacuteNDICE

4 CONCLUSIONES 113

INTRODUCCIOacuteN

Lianys Ortega Viera

11 Biogaacutes

Lianys Ortega Viera

2H2S(g) + O2(g) = 14 S8(s) + 2H2O(l) ∆H = - 444 kJ (11)

Lianys Ortega Viera

12 Membranas

Lianys Ortega Viera

123 Aplicaciones

Lianys Ortega Viera

211 Materias primas

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de vidrio (g)Masa

de ZnO(s) (g)Masa

(Dpc lt 0067) mm

1 1500 000 500 2502 1441 079 480 2503 1382 158 460 2504 1323 237 440 2505 1263 316 421 250

(0067 lt Dpc lt 013) mm

6 1500 000 500 2507 1441 079 480 2508 1382 158 460 2509 1323 237 440 250

10 1263 316 421 250

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de zeolita (g)Masa

de ZnO(s) (g)Masa

(Dpc lt 0067) mm

1 1900 000 100 2702 1821 079 100 2703 1742 158 100 2704 1663 237 100 2705 1584 316 100 270

(0067 lt Dpc lt 013) mm

6 1900 000 100 2707 1821 079 100 2708 1742 158 100 2709 1663 237 100 270

10 1584 316 100 270

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

000 079 158 237 316

(Dpc lt 0067) mm

r 106 (m)2580

r 106 (m)3670

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

τ=1 frasl ε (24)

Lianys Ortega Viera

tica del uido (m2s)

∙partpω

γ partx

Rep=ρ∙u+∙dp

partpωpartx

Lianys Ortega Viera

mente (gh)

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

mente (-)

Lianys Ortega Viera

CUC (Escobar 2016)

Lianys Ortega Viera

CorridasTemperatura

maacutexima (degC)

temperatura (min)

1 450 60 1983 1981 19842 450 90 1967 1966 19683 450 120 1960 1962 19594 500 60 1975 1973 19745 500 90 1958 1957 19596 500 120 1955 1953 19567 550 60 1936 1934 19378 550 90 1911 1912 19099 550 120 1908 1909 1908

10 600 60 1910 1909 191111 600 90 1902 1903 190212 600 120 1900 1902 1901

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

000 079 158 237 316

(Dpc lt 0067) mm

r 106 (m)272

r 106 (m)273

Lianys Ortega Viera

0 ndash 079 No 1 10-8

079 ndash 158 No 1 10-8

158 ndash 237 No 1 10-8

237 ndash 316 No 1 10-8

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

natural cubana

ε (-) τ (-) ε (-) τ (-)

000 lt 006704721

(plusmn00008)212

03688 (plusmn00008)

079 lt 006704552

(plusmn00006)220

03685 (plusmn00007)

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

natural cubana

ε (-) τ (-) ε (-) τ (-)

158 lt 006703783

(plusmn00005)264

03684 (plusmn00006)

237 lt 006703691

(plusmn00006)271

03681 (plusmn00008)

316 lt 006703682

(plusmn00005)272

03678 (plusmn00008)

000 0067-01306211

(plusmn00007)161

03705 (plusmn00007)

079 0067-01305589

(plusmn00007)179

03701 (plusmn00006)

158 0067-01304704

(plusmn00006)213

03698 (plusmn00008)

237 0067-01304288

(plusmn00008)233

03695 (plusmn00008)

316 0067-01303783

(plusmn00007)264

03691 (plusmn00007)

Lianys Ortega Viera

323 Permeabilidad

m(ZnO)(s) (g)Dpc

(mm)ε (-)

dp 106(m)

kv 1016

Lianys Ortega Viera

m(ZnO)(s) (g)Dpc

(mm)ε (-)

dp 106(m)

kv 1016

Lianys Ortega Viera

MA (kgkmol) 3406 --

MB (kgkmol) -- 249Tb (K) 213 1454

v 106 (m3mol) 329 296

Lianys Ortega Viera

13= 378 Aring= 378 10-10 mrB= 118∙ vB

13= 365 Aring= 365 10-10 m = 37210-10 m

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

Def 106 (m2s)

natural cubana

Lianys Ortega Viera

NoMasa

Dpc lt 0067 (mm)

DE0067 ltDpclt 013

(mm)DE

1 000 5 1780 0000 1780 00002 000 10 1780 0000 1780 00003 000 15 1780 0000 1780 00004 079 5 0850 0002 1340 00015 079 10 0972 0003 1420 00026 079 15 1226 0008 1532 00017 158 5 0342 0003 0992 00018 158 10 0596 0003 1156 00039 158 15 0613 0003 1280 0003

10 237 5 0118 0002 0452 000111 237 10 0275 0003 0565 000312 237 15 0354 0003 0633 000213 316 5 0020 0001 0124 000214 316 10 0032 0001 0272 000115 316 15 0043 0001 0422 0002

Lianys Ortega Viera

NoMasa

Dpc lt 0067 (mm)

DE0067 ltDpclt 013

(mm)DE

1 000 5 0959 0002 1361 00012 000 10 1222 0002 1616 00023 000 15 0575 0002 1755 0002

Lianys Ortega Viera

4 079 5 0575 0003 1017 00015 079 10 0825 0001 1135 00026 079 15 1070 0002 1325 00017 158 5 0159 0003 0744 00028 158 10 0364 0002 0920 00019 158 15 0500 0006 1009 0002

10 237 5 0007 0001 0122 000411 237 10 0020 0002 0357 000112 237 15 0027 0003 0576 000213 316 5 0004 0001 0120 000214 316 10 0013 0002 0173 000115 316 15 0019 0001 0208 0002

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

(m3(membrana)h)

237 lt 0067 0021 1909 2698

Lianys Ortega Viera

natural cubana

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

NKn (-)NA 1011

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

(mm)as10-6 (m-1)

Ap (m2)

Lianys Ortega Viera

xAi (-) 00178 d(H2S)M(H2S) 002076Q(H2S)i (m

3s) (15 Lh) 741710-8 nAi(kmols) (15 Lh) 154010-9

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

(mm)NA 1011

Lianys Ortega Viera

578 568 173 197 193 203

Lianys Ortega Viera

03681 02099 4296 272 312 7537

Lianys Ortega Viera

Membranaski 1016

(m2)kf 1016

(m2)Variacioacuten

De 106 (m2s)

De 107 (m2s)

Variacioacuten

567 354 3757 272 855 6749

Lianys Ortega Viera

(CUCg - CUCL)

Costo (CUC)

Mv Mz Mv Mz

Total 221 182

Lianys Ortega Viera

MembranasCosto

materias primas ($)

Costo facilidades

auxiliares ($)

($)Viacutetreas 221 231 230 682

Lianys Ortega Viera

4 CONCLUSIONES

Lianys Ortega Viera

5 RECOMENDACIONES

Lianys Ortega Viera

ANEXOS

ANEXOS A TABLAS

1 000 000 0002 079 548 4343 158 1144 9074 237 1792 14255 316 2502 1995

Lianys Ortega Viera

(plusmn0

(plusmn

(plusmn0

artiacute

iacutetre

Lianys Ortega Viera

(plusmn0

(plusmn

(plusmn0

artiacute

Lianys Ortega Viera

NoMasa

natural cubana

Dpc lt0067 (mm)

0067 ltDpclt 013

Dpc lt 0067 (mm)

0067 ltDpclt 013

1 000 5 000 000 4312 23562 000 10 000 000 3134 9203 000 15 000 000 2288 1434 079 5 5225 2470 6771 42875 079 10 4540 2024 5366 36266 079 15 3115 1393 3991 25567 158 5 8079 4427 9106 58228 158 10 6654 3504 7953 48319 158 15 6554 2811 7191 432910 237 5 9334 7463 9962 931611 237 10 8366 6828 9882 799712 237 15 8013 6445 9847 676513 316 5 9887 9304 9969 932614 316 10 9820 8473 9928 902615 316 15 9756 7628 9892 8830

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

iacutetre

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

iacutetre

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

aacutes1

2 S)i 1

) f109

Viacutetr

aacutelcu

guacuten

oacutegic

viacutetr

)ε (-)

Viacutetr

Caacutel

aacutere

viacutetr

) i 108

) f109

2 )n A

Viacutetr

Caacutel

seguacute

a viacute

Lianys Ortega Viera

rgiacutea

siacuten

iacutetre

ioacuten

iacutetrea

Lianys Ortega Viera

AA 000840278 000840278 102 03202

AB 000720751 000720751 088 03566

BB 00316681 00316681 386 00594

Bloques 0000155556 00000777778 001 09906

Error total 0229721 000820433

Total (corr) 310256

R-cuadrada = 925958

Lianys Ortega Viera

FuenteSuma

de CuadradosGI

Cuadrado Medio

Masa de ZnO(s)

Entre grupos 71686E-11 4 179215E-11 048 07501

Intra grupos 185755E-10 5 37151E-11

Entre grupos 175561E-10 1 175561E-10 1715 00032

Intra grupos 8188E-11 8 10235E-11

FuenteSuma

de CuadradosGI

Cuadrado Medio

Masa de ZnO(s)

Entre grupos 00 4 00 1000 00133

Total (Corr) 00 9

Entre grupos 00 1 00 100 03466

Total (Corr) 00 9

Lianys Ortega Viera

A Masa de ZnO 240295 1 240295 27839

B Qop 18496 1 18496 2143

C Dpc 233251 1 233251 2702

AA 169403 1 169403 196

AB 000045125 1 000045125 000

AC 0811808 1 0811808 094

BB 003072 1 003072 004

BC 0169 1 0169 020

Bloques 218313 1 218313 25292

Error total 431585 50 0863169

Lianys Ortega Viera

AMasa de ZnO 146678 1 146678 61033

BQop 28917 1 28917 12032

CDpc 179854 1 179854 7484

AA 24206 1 24206 10072

AB 0513601 1 0513601 214

AC 0238521 1 0238521 099

BB 00012675 1 00012675 001

BC 294306 1 294306 1225

Bloques 0027735 1 0027735 012

Error total 120164 50 0240327

Lianys Ortega Viera

ANEXOS C FIGURAS

cubana

Lianys Ortega Viera

LIANYS ORTEGA VIERA

mica de la Cujae

Cubierta

Portada

Creacuteditos

Agradecimientos

Iacutendice

Introduccioacuten

4 Conclusiones

5 Recomendaciones

Anexos

Contracubierta

SIacuteNTESIS

ABSTRACT

IacuteNDICE

4 CONCLUSIONES 113

INTRODUCCIOacuteN

Lianys Ortega Viera

11 Biogaacutes

Lianys Ortega Viera

2H2S(g) + O2(g) = 14 S8(s) + 2H2O(l) ∆H = - 444 kJ (11)

Lianys Ortega Viera

12 Membranas

Lianys Ortega Viera

123 Aplicaciones

Lianys Ortega Viera

211 Materias primas

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de vidrio (g)Masa

de ZnO(s) (g)Masa

(Dpc lt 0067) mm

1 1500 000 500 2502 1441 079 480 2503 1382 158 460 2504 1323 237 440 2505 1263 316 421 250

(0067 lt Dpc lt 013) mm

6 1500 000 500 2507 1441 079 480 2508 1382 158 460 2509 1323 237 440 250

10 1263 316 421 250

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de zeolita (g)Masa

de ZnO(s) (g)Masa

(Dpc lt 0067) mm

1 1900 000 100 2702 1821 079 100 2703 1742 158 100 2704 1663 237 100 2705 1584 316 100 270

(0067 lt Dpc lt 013) mm

6 1900 000 100 2707 1821 079 100 2708 1742 158 100 2709 1663 237 100 270

10 1584 316 100 270

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

000 079 158 237 316

(Dpc lt 0067) mm

r 106 (m)2580

r 106 (m)3670

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

τ=1 frasl ε (24)

Lianys Ortega Viera

tica del uido (m2s)

∙partpω

γ partx

Rep=ρ∙u+∙dp

partpωpartx

Lianys Ortega Viera

mente (gh)

Lianys Ortega Viera

Factores Niveles

Lianys Ortega Viera

mente (-)

Lianys Ortega Viera

CUC (Escobar 2016)

Lianys Ortega Viera

CorridasTemperatura

maacutexima (degC)

temperatura (min)

1 450 60 1983 1981 19842 450 90 1967 1966 19683 450 120 1960 1962 19594 500 60 1975 1973 19745 500 90 1958 1957 19596 500 120 1955 1953 19567 550 60 1936 1934 19378 550 90 1911 1912 19099 550 120 1908 1909 1908

10 600 60 1910 1909 191111 600 90 1902 1903 190212 600 120 1900 1902 1901

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

000 079 158 237 316

(Dpc lt 0067) mm

r 106 (m)272

r 106 (m)273

Lianys Ortega Viera

0 ndash 079 No 1 10-8

079 ndash 158 No 1 10-8

158 ndash 237 No 1 10-8

237 ndash 316 No 1 10-8

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

natural cubana

ε (-) τ (-) ε (-) τ (-)

000 lt 006704721

(plusmn00008)212

03688 (plusmn00008)

079 lt 006704552

(plusmn00006)220

03685 (plusmn00007)

Lianys Ortega Viera

Masa de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

natural cubana

ε (-) τ (-) ε (-) τ (-)

158 lt 006703783

(plusmn00005)264

03684 (plusmn00006)

237 lt 006703691

(plusmn00006)271

03681 (plusmn00008)

316 lt 006703682

(plusmn00005)272

03678 (plusmn00008)

000 0067-01306211

(plusmn00007)161

03705 (plusmn00007)

079 0067-01305589

(plusmn00007)179

03701 (plusmn00006)

158 0067-01304704

(plusmn00006)213

03698 (plusmn00008)

237 0067-01304288

(plusmn00008)233

03695 (plusmn00008)

316 0067-01303783

(plusmn00007)264

03691 (plusmn00007)

Lianys Ortega Viera

323 Permeabilidad

m(ZnO)(s) (g)Dpc

(mm)ε (-)

dp 106(m)

kv 1016

Lianys Ortega Viera

m(ZnO)(s) (g)Dpc

(mm)ε (-)

dp 106(m)

kv 1016

Lianys Ortega Viera

MA (kgkmol) 3406 --

MB (kgkmol) -- 249Tb (K) 213 1454

v 106 (m3mol) 329 296

Lianys Ortega Viera

13= 378 Aring= 378 10-10 mrB= 118∙ vB

13= 365 Aring= 365 10-10 m = 37210-10 m

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

Def 106 (m2s)

natural cubana

Lianys Ortega Viera

NoMasa

Dpc lt 0067 (mm)

DE0067 ltDpclt 013

(mm)DE

1 000 5 1780 0000 1780 00002 000 10 1780 0000 1780 00003 000 15 1780 0000 1780 00004 079 5 0850 0002 1340 00015 079 10 0972 0003 1420 00026 079 15 1226 0008 1532 00017 158 5 0342 0003 0992 00018 158 10 0596 0003 1156 00039 158 15 0613 0003 1280 0003

10 237 5 0118 0002 0452 000111 237 10 0275 0003 0565 000312 237 15 0354 0003 0633 000213 316 5 0020 0001 0124 000214 316 10 0032 0001 0272 000115 316 15 0043 0001 0422 0002

Lianys Ortega Viera

NoMasa

Dpc lt 0067 (mm)

DE0067 ltDpclt 013

(mm)DE

1 000 5 0959 0002 1361 00012 000 10 1222 0002 1616 00023 000 15 0575 0002 1755 0002

Lianys Ortega Viera

4 079 5 0575 0003 1017 00015 079 10 0825 0001 1135 00026 079 15 1070 0002 1325 00017 158 5 0159 0003 0744 00028 158 10 0364 0002 0920 00019 158 15 0500 0006 1009 0002

10 237 5 0007 0001 0122 000411 237 10 0020 0002 0357 000112 237 15 0027 0003 0576 000213 316 5 0004 0001 0120 000214 316 10 0013 0002 0173 000115 316 15 0019 0001 0208 0002

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

(m3(membrana)h)

237 lt 0067 0021 1909 2698

Lianys Ortega Viera

natural cubana

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)

Dpc(mm)

NKn (-)NA 1011

Lianys Ortega Viera

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

(mm)as10-6 (m-1)

Ap (m2)

Lianys Ortega Viera

xAi (-) 00178 d(H2S)M(H2S) 002076Q(H2S)i (m

3s) (15 Lh) 741710-8 nAi(kmols) (15 Lh) 154010-9

MembranasMasa

de ZnO(s) (g)Dpc

(mm)NA 1011

Lianys Ortega Viera

578 568 173 197 193 203

Lianys Ortega Viera

03681 02099 4296 272 312 7537

Lianys Ortega Viera

Membranaski 1016

(m2)kf 1016

(m2)Variacioacuten

De 106 (m2s)

De 107 (m2s)

Variacioacuten

567 354 3757 272 855 6749

Lianys Ortega Viera

(CUCg - CUCL)

Costo (CUC)

Mv Mz Mv Mz

Total 221 182

Lianys Ortega Viera

MembranasCosto

materias primas ($)

Costo facilidades

auxiliares ($)

($)Viacutetreas 221 231 230 682

Lianys Ortega Viera

4 CONCLUSIONES

Lianys Ortega Viera

5 RECOMENDACIONES

Lianys Ortega Viera

ANEXOS

ANEXOS A TABLAS

1 000 000 0002 079 548 4343 158 1144 9074 237 1792 14255 316 2502 1995

Lianys Ortega Viera

(plusmn0

(plusmn

(plusmn0

artiacute

iacutetre

Lianys Ortega Viera

(plusmn0

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artiacute

Lianys Ortega Viera

NoMasa

natural cubana

Dpc lt0067 (mm)

0067 ltDpclt 013

Dpc lt 0067 (mm)

0067 ltDpclt 013

1 000 5 000 000 4312 23562 000 10 000 000 3134 9203 000 15 000 000 2288 1434 079 5 5225 2470 6771 42875 079 10 4540 2024 5366 36266 079 15 3115 1393 3991 25567 158 5 8079 4427 9106 58228 158 10 6654 3504 7953 48319 158 15 6554 2811 7191 432910 237 5 9334 7463 9962 931611 237 10 8366 6828 9882 799712 237 15 8013 6445 9847 676513 316 5 9887 9304 9969 932614 316 10 9820 8473 9928 902615 316 15 9756 7628 9892 8830

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

iacutetre

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

iacutetre

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

ioacuten

iogaacute

ocioacute

2 S)re

aacutes

Lianys Ortega Viera

aacutes1

2 S)i 1

) f109

Viacutetr

aacutelcu

guacuten

oacutegic

viacutetr

)ε (-)

Viacutetr

Caacutel

aacutere

viacutetr

) i 108

) f109

2 )n A

Viacutetr

Caacutel

seguacute

a viacute

Lianys Ortega Viera

rgiacutea

siacuten

iacutetre

ioacuten

iacutetrea

Lianys Ortega Viera

AA 000840278 000840278 102 03202

AB 000720751 000720751 088 03566

BB 00316681 00316681 386 00594

Bloques 0000155556 00000777778 001 09906

Error total 0229721 000820433

Total (corr) 310256

R-cuadrada = 925958

Lianys Ortega Viera

FuenteSuma

de CuadradosGI

Cuadrado Medio

Masa de ZnO(s)

Entre grupos 71686E-11 4 179215E-11 048 07501

Intra grupos 185755E-10 5 37151E-11

Entre grupos 175561E-10 1 175561E-10 1715 00032

Intra grupos 8188E-11 8 10235E-11

FuenteSuma

de CuadradosGI

Cuadrado Medio

Masa de ZnO(s)

Entre grupos 00 4 00 1000 00133

Total (Corr) 00 9

Entre grupos 00 1 00 100 03466

Total (Corr) 00 9

Lianys Ortega Viera

A Masa de ZnO 240295 1 240295 27839

B Qop 18496 1 18496 2143

C Dpc 233251 1 233251 2702

AA 169403 1 169403 196

AB 000045125 1 000045125 000

AC 0811808 1 0811808 094

BB 003072 1 003072 004

BC 0169 1 0169 020

Bloques 218313 1 218313 25292

Error total 431585 50 0863169

Lianys Ortega Viera

AMasa de ZnO 146678 1 146678 61033

BQop 28917 1 28917 12032

CDpc 179854 1 179854 7484

AA 24206 1 24206 10072

AB 0513601 1 0513601 214

AC 0238521 1 0238521 099

BB 00012675 1 00012675 001

BC 294306 1 294306 1225

Bloques 0027735 1 0027735 012

Error total 120164 50 0240327

Lianys Ortega Viera

ANEXOS C FIGURAS

cubana

Lianys Ortega Viera

LIANYS ORTEGA VIERA

mica de la Cujae

Cubierta

Portada

Creacuteditos

Agradecimientos

Iacutendice

Introduccioacuten

4 Conclusiones

5 Recomendaciones

Anexos

Contracubierta

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PURIFICACIÓN DE BIOGÁS EMPLEANDO MEMBRANAS VÍTREAS …