Examinando por Autor "Machuca-Martínez, Fiderman"
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Publicación Acceso abierto Análisis de la ozonización catalítica en el tratamiento de aguas residuales mediante bibliometría y mapeo sistemático de patentes(Universidad del Valle, 2022) Ángel Ospina, Astrid Carolina; Machuca-Martínez, FidermanEn esta tesis se realizó un análisis bibliométrico y un análisis de patentes para estimar el nivel de madurez científica y tecnológica de la ozonización catalítica en el tratamiento de aguas residuales. Debido a que existen diversas formas de abordar estos análisis, se realizó un compendio de los indicadores más importantes hallados en la literatura y se consolidaron para estimar el ciclo de madurez tecnológica. Los análisis se realizaron a partir de publicaciones de la base de datos Scopus y patentes de Questel-Orbit. Los datos se trataron mediante el software Orbit Intellixir de la empresa Questel-Orbit para analítica de datos. Se evidenció que China es el país con mayor número de publicaciones y patentes, sin embargo, su impacto (cuantificado a través de las citaciones de los documentos producidos) es menor en relación con otros países con menos documentos, como España, Portugal y Estados Unidos. El análisis de conceptos y palabras clave permitió determinar que, si bien la ozonización catalítica se viene investigando desde los años 70s, todavía existen importantes inconsistencias en los mecanismos de reacción propuestos, lo que ha dificultado su adopción a escala industrial como tecnología de tratamiento de aguas residuales. Finalmente, se estimó que la ozonización catalítica como campo de estudio científico y tecnología se encuentra en un nivel de madurez científica del 24%, lo cual corresponde con la etapa de crecimiento según el TLC y de madurez tecnológica del 50%, que corresponde con una etapa de madurez temprana. Esto indica que la tecnología todavía es atractiva y posee un rango de tiempo amplio para la investigación y desarrollo, tanto por parte de investigadores y académicos, como industriales.Publicación Acceso abierto Automatización de un evaporador de doble efecto(Universidad del Valle, 2016) Hurtado Giraldo, Jaime Andrés; Machuca-Martínez, FidermanEl evaporador de doble efecto ubicado en la planta piloto de la escuela de Ingeniería Química de la Universidad de Valle es uno de los equipos disponibles para el aprendizaje y práctica de la comunidad universitaria. Debido a fallas del sistema electrónico y modificaciones mecánicas previas, ésta valiosa herramienta se encontraba con poca funcionalidad. Con el fin de recuperar este equipo, en el presente proyecto, basándose en un inventario y diagnostico iniciales, se propuso e implementó un nuevo sistema de control que ahora permite la operación del evaporador en modo automático y manual. Para lograr esto, dado que no se encontró documentación, fue necesario empezar con la identificación y la búsqueda de especificaciones y manuales de los componentes del sistema, así como realizar el levantamiento de planos eléctricos y mecánicos. Después, se propuso un nuevo sistema de control mediante la elaboración de diagramas P&ID para la operación del evaporador de doble efecto en paralelo y contracorriente. En este punto, se hizo un análisis de los equipos faltantes y las modificaciones eléctricas y mecánicas necesarias para la puesta en marcha del sistema de control propuesto. Basándose en esta información, se efectuó la adquisición de los materiales y equipos requeridos y se iniciaron los trabajos necesarios para la implementación física del nuevo diseño. Finalmente, se procedió a la programación del PLC y la HMI, haciendo un adecuado manejo de las señales provenientes de la instrumentación de campo, tomando como base un algoritmo desarrollado y haciendo pruebas del sistema con el fin de observar y corregir posibles errores en el programa. De esta implementación se destaca el control automático de Brix (Porcentaje peso a peso de azúcar en una solución acuosa) en el producto, para el cual fue necesario diseñar un sistema de medición basándose en la adquisición de datos de presión y temperatura.Publicación Acceso abierto Degradación de diclofenaco mediante fotocatálisis heterogénea con TiO2 suspendido en un reactor tubular con variación del espesor de la capa acuosa(Universidad del Valle, 2025) Delgado Andrade, Santiago; Lara Ramos, Jose Antonio; Machuca-Martínez, FidermanEl presente estudio evaluó el proceso de fotocatálisis heterogénea utilizando dióxido de titanio (TiO2) como catalizador y diclofenaco sódico (DCF) como contaminante, en un reactor tubular escala piloto, con variación de diámetro y bajo radiación UV artificial. Se analizaron los efectos de 3 factores operacionales como la concentración de catalizador (0.1, 0.3, 0.5 y 1 g/L), espesor de la capa acuosa (Asociado al diámetro del reactor) y fuente de luz UV. Se emplearon dos fuentes de luz, una lámpara A con un espectro de emisión de 30% UVA y 5% UVB, y lámpara B, la cual solo abarca el espectro de emisión UVB. El sistema fue evaluado en función de la cantidad de dosis fotónica absorbida por el medio, hacia el ambiente, permitiendo identificar configuraciones más eficientes en el aprovechamiento de la radiación. Mediante espectroscopia UV-Vis se confirmó una degradación eficaz del 72% del DCF en una de las configuraciones de las pruebas. Los resultados obtenidos indicaron una estabilidad de la emisión de luz al ambiente a lo largo de las pruebas, con una menor cantidad pérdida al aumentar factores como la concentración y el diámetro. Los análisis estadísticos (ANOVA y RSM) evidenciaron una alta significancia tanto de los factores individuales como de sus interacciones.Publicación Acceso abierto Effect of the TiO2 precursor phase on the synthesis of TiO2 Black impregnated electrodes in the degradation of acetaminophen solutions.(Universidad del Valle, 2025) Solarte Ferro, Daniel; Lara Ramos, Jose Antonio; Machuca-Martínez, FidermanBlack TiO2 impregnated electrodes were synthesized using a modified dip-coating method with 6 layers, to account for the influence of the precursor phase (anatase, rutile, and P25), and their physical properties upon the response on photo electrooxidation of acetaminophen. The thermal treatment under H2+Ar successfully narrowed the band gap and generated a formation of oxygen vacancies and Ti3+ species, confirmed through UV-Vis DRS and photoluminescence (PL) spectroscopy. Treated anatase phase exhibited the greatest band gap reduction, while rutile and P25 showed superior structural stability. The evaluation of acetaminophen degradation revealed a strong dependence on electrolyte medium; the process was ineffective on sulfate medium (Na2SO4, 0.1 M), but highly effective on chloride medium (NaCl, 0.1M). This analysis corroborated that dominant degradation pathway is indirect oxidation through electrogenerated active chlorine species. Rutile and P25 electrodes achieved the highest removal performance, with a minimum C/Co value of 0.631 and 0.650, respectively.Publicación Acceso abierto Empresas de Base Tecnológica y Spin-off, necesidad de valorar tecnologías(Universidad del Valle, 2018-01-30) Machuca-Martínez, Fiderman; Manotas, Diego FernandoPublicación Acceso abierto Espectroscopía de impedancia "IN SITU". Herramienta para el análisis de celdas de combustible(2011-10-13) Machuca-Martínez, Fiderman; Marriaga, NilsonSe estudió el desempeño de una celda de ácido fosfórico mediante la técnica de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIE) aplicada en forma "in situ" en conjunto con técnicas de modelado matemático. Los resultados obtenidos muestran que la técnica (EIE) representa un gran potencial para su uso como herramienta de investigación en el desarrollo de la tecnología de celdas de combustible.Publicación Acceso abierto Evaluación de dos fotocatalizadores: TIO2 y SnO, soportados en óxido de grafeno, para tratamiento de agua residual proveniente de una clínica de la ciudad de Cali(Universidad del Valle, 2019) Rosero Parra, Laura; Guerrero Pantoja, Lizeth; Mena, Natali; Urresta Aragón, Julian Diel; Machuca-Martínez, FidermanSe evaluó a escala laboratorio la efectividad de dos fotocatalizadores TiO2 y SnO soportados en óxido de grafeno (TiO2-OG y SnO-OG) en la remoción de la materia orgánica presente en un efluente de una clínica de la ciudad de Cali. El diseño experimental evaluado permite concluir que variables como tipo de catalizador y concentración afectan la eficiencia de disminución de materia orgánica. Los mayores niveles de disminución alcanzados fueron demanda química de oxigeno DQO (85%), Fenol (80%) y carbono orgánico disuelto COD (94%) obtenidos a una concentración de 1.5 g/L de TiO2-OG.Publicación Acceso abierto Evaluación de la influencia del tiempo de retención hidráulico en la eliminación de compuestos analgésicos antiinflamatorios no esteroideos presentes en el agua residual mediante el tratamiento con una laguna algal de alta tasa(Universidad del Valle, 2024) Rengifo Vera, Angela; Mendoza Nieto, Ingrid Viviana; Machuca-Martínez, FidermanLos compuestos farmacéuticos hacen parte del grupo de contaminantes emergentes, donde la presencia de medicamentos pertenecientes al grupo de analgésicos antiinflamatorios no esteroideos (AINES) en diferentes fuentes hídricas ha sido demostrado en múltiples investigaciones previas. Las plantas de tratamiento de agua residual convencionales han mostrado una baja capacidad de eliminación de los contaminantes emergentes, por lo que resulta indispensable investigar e implementar tecnologías y alternativas de tratamiento, como los sistemas algales de alta tasa (LATAL) los cuales se destacan por las buenas tasas de eliminación de este tipo de compuestos y su óptima relación costo-eficiencia. Se evaluó la influencia del tiempo de retención hidráulico (TRH) en una laguna algal de alta tasa (LATAL) inoculada con la morfoespecie Parachorella Kessleri sobre la eficiencia de eliminación de los compuestos AINES, tratando el efluente de la planta de tratamiento de agua residual Cañaveralejo (PTAR-C), ubicada en Cali – Colombia. Se evaluaron dos unidades de LATAL, operadas con TRH de 3 y 5 días, durante un periodo de dos meses. Se tomaron muestras simples a la entrada y la salida de las unidades para determinar las concentraciones de los AINES. Adicionalmente, se midieron parámetros de control correspondientes a pH, potencial de óxido-reducción, oxígeno disuelto, conductividad eléctrica, sólidos disueltos totales, turbiedad, temperatura y radiación solar tres días a la semana, en horarios de la mañana, el mediodía y la tarde, con el fin de establecer una relación entre estos y la actividad biológica medida con la clorofila a. Las LATAL con TRH de 3 días y TRH de 5 días evaluadas obtuvieron eficiencias de eliminación hasta 93.08% y 91.03% para diclofenaco, mayores al 99.60% y 99.66% para ibuprofeno, mayores al 85.71% y 88.24% para el ketoprofeno y hasta 75.63% y 84.62% para naproxeno, respectivamente. De acuerdo con los resultados obtenidos, no se encontró diferencia significativa entre las tasas de remoción de cada compuesto farmacéutico evaluado entre la LATAL de TRH3 y la LATAL de TRH5. Este hallazgo podría estar relacionado con las condiciones climáticas propias de la zona tropical en la que se desarrolló el estudio, las cuales podrían favorecer el metabolismo de las microalgas, lo que a su vez aumentaría la eficiencia en la remoción de los fármacos, neutralizando las diferencias esperadas entre los distintos TRH.Publicación Acceso abierto Evaluation of heterogeneous catalytic ozonation process for diclofenac degradation in solutions synthetically prepared(Universidad del Valle, 2018) Castro Botina, Jenny Alexandra; Paz Rosero, Santiago Alejandro; Urresta Aragón, Julian Diel; Machuca-Martínez, FidermanSodium diclofenac (DCF) is a common analgesic and anti-inflammatory drug. Due to its growth and accumulation into water bodies, it has become an environmental problem. In this work, technical and analytical DCF mineralization by means of heterogeneous catalytic ozonation was studied. The process was carried out with magnetite (Fe₃O₄) as a catalyst, which preserved its physical and chemical properties during the process. The best results of mineralization were obtained after a 40-minute treatment of a 35 mg/L analytical DCF solution, with a 0.5 g/L catalyst concentration. These results showed the highest organic load decrease, measured as dissolved organic carbon (DOC) and chemical oxygen demand (COD), with 94% and 89%, respectively. In addition, the percentage of organic load decrease was compared between the conventional and the catalyzed process. Besides, reaction products were identified by Gas Chromatography–Mass Spectrometry (GC-MS), and the catalytic properties were identified by Mössbauer spectroscopy, which showed the catalyst maintained its nature after the process. Finally, the results obtained show that the heterogeneous catalytic process could be an efficient degradation treatment for emerging contaminants such as DCF.Publicación Acceso abierto Implementación y evaluación de un prototipo de ozonización catalítica a escala piloto para el tratamiento de aguas(Universidad del Valle, 2025) Quiñones Cortes, Guillermo Andrés; Vargas Marín, Daniela; Lara Ramos, Jose Antonio; Machuca-Martínez, FidermanLa ozonización catalítica (OC) a escala piloto es una tecnología que pertenece a los procesos avanzados de oxidación (POAs). Sin embargo, son pocos los trabajos reportados en la literatura. Por lo que en este trabajo se evaluó el desempeño en dos casos. En el primero, el equipo se usó para tratar agua contaminada sintéticamente con ibuprofeno (IBP), mediante ozonización simple y catalizada con carbón activado (CA), encontrando que el uso del catalizador incrementa en un 11% la mineralización. Siendo el IBP un contaminante emergente (CE) representativo dentro de los fármacos que se identifican con frecuencia en los cuerpos de agua. En el segundo caso, el equipo se puso a prueba para el tratamiento complementario de agua residual, proveniente de una empresa manufacturera de alimentos. De esta manera, se evaluó la tecnología con dos tipos de agua: una solución modelo contaminada sintéticamente y un efluente complejo de carácter industrial, identificando sus limitaciones para tratar aguas más complejas. El equipo logró porcentajes de remoción del Carbono Orgánico Total por encima del 50% en la eliminación del IBP y reducciones de la Demanda Química de Oxígeno alrededor del 25% en el tratamiento del agua residual, demostrando resultados técnicos prometedores. Finalmente, se realizó una evaluación técnico-económica del equipo. En un caso hipotético, se estimó un costo de tratamiento de agua residual de $1 658 COP por metro cúbico, considerando un ahorro aproximado de $209 869 898 COP por sanciones ambientales evitadas. Además, se destacaron las ventajas de la ozonización, tales como su alto potencial oxidante y eficacia de remoción, frente a otros procesos oxidativos como los que emplean hipoclorito de sodio al 15% y peróxido de hidrogeno.Publicación Acceso abierto Integration of advanced oxidation processes (ozone/magnetite) and biological treatments (up-flow anaerobic sludge blanket reactor - uasb and microalgae) for the treatment of landfill leachates(Universidad del Valle, 2025) Becerra Moreno, Dorance; Machuca-Martínez, Fiderman; Barajas Solano, andres FThis research addresses the treatment of landfill leachates by integrating advanced oxidation processes (AOPs) and biological treatments to enhance contaminant removal efficiency and reduce effluent toxicity. For this purpose, catalytic ozonation with magnetite, its coupling with an up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor, and the integration of microalgae as a post-treatment stage were evaluated. Experimental studies were conducted using leachates from two landfills with contrasting characteristics: one located in a municipality with predominantly agricultural activities (La Madera, Ocaña) and another in a city with industrial activity (El Guayabal, Cúcuta), allowing for a broader application of the results. The study determined that catalytic ozonation with magnetite optimizes organic matter degradation and improves leachate biodegradability, achieving chemical oxygen demand (COD) reductions of 85.3% in El Guayabal and 75.8% in La Madera. Process optimization established optimal operating conditions with an ozone dose of 6 g/h, a magnetite concentration of 2.5 g/L, and a pH of 9, maximizing process efficiency while minimizing ozone consumption. However, a progressive decrease in catalyst efficiency was observed after successive reuse cycles, highlighting the need for regeneration strategies to maintain performance. The coupling of catalytic ozonation with the UASB reactor improved the stability of the biological system, increasing the BOD₅/COD ratio from 0.26 to 0.38 in El Guayabal and from 0.23 to 0.32 in La Madera, facilitating the anaerobic biodegradation of organic matter. The UASB reactor, operating at a hydraulic retention time of 24 hours, achieved COD removals between 60% and 75%, with more excellent stability in leachates with higher concentrations of biodegradable compounds. However, ammoniacal nitrogen removal was limited, with residual concentrations reaching up to 546.1 mg/L, indicating the need for additional treatment to comply with discharge standards. Microalgae as a post-treatment allowed for the removal of up to 65% of total nitrogen and 70% of phosphorus, demonstrating its potential as a final stage in landfill leachate treatment. However, its efficiency in organic matter removal was lower tan that of the UASB reactor, suggesting that its application should focus primarily on nutrient reduction and improving final effluent quality. This study's conclusions confirm that combining catalytic ozonation with magnetite, anaerobic treatment, and microalgae is a viable and efficient alternative for treating landfill leachates with different characteristics. The treatment configuration plays a crucial role in overall process efficiency, with catalytic ozonation being more effective as a pretreatment to facilitate subsequent biological degradation. The need to integrate additional nitrogen removal and catalyst regeneration strategies is emphasized, and the economic and energy feasibility of the process for large-scale implementation is assessed. From a scientific perspective, this thesis contributes to advancing knowledge in landfill leachate treatment by developing optimization models for catalytic ozonation, evaluating catalyst stability during reuse cycles, studying the impact of ozonation on leachate biodegradability, and demonstrating the synergy between advanced oxidation processes and biological systems.Publicación Acceso abierto Patentes universitarias en Colombia: un nuevo paradigma(Universidad del Valle, 2019-07-31) Machuca-Martínez, FidermanPublicación Acceso abierto Tratamiento de aguas residuales domésticas usando cavitación hidrodinámica como método avanzado de oxidación(Universidad del Valle, 2025) Grueso Viveros, Marcelo Andrés; Machuca-Martínez, Fiderman; Becerra Moreno, DoranceEl vertimiento de aguas residuales domésticas constituye un desafío ambiental en regiones urbanas y periurbanas debido a la elevada carga de materia orgánica y la presencia de contaminantes emergentes. Ante estas limitaciones, los procesos avanzados de oxidación se han consolidado como alternativas de tratamiento. En este estudio se evaluó la cavitación hidrodinámica asistida con peróxido de hidrógeno como método de oxidación avanzada para la depuración de aguas residuales domésticas. El objetivo principal fue determinar la eficiencia del sistema en la remoción de materia orgánica y contaminantes emergentes bajo condiciones controladas de operación. La investigación se desarrolló en sistema discontinuo utilizando un dispositivo Venturi, bajo un diseño experimental Box-Behnken que consideró variaciones de pH (3, 6 y 9), presión (10, 30 y 50 psi) y concentración de H₂O₂ (100, 250 y 400 ppm). La respuesta fue evaluada en términos de demanda química de oxígeno (DQO), y en condiciones optimizadas se realizó la evaluación complementaria de contaminantes emergentes (ibuprofeno y estrógenos), sólidos, nutrientes y parámetros fisicoquímicos básicos. Los resultados evidenciaron que la combinación de pH 3, presión de 34,3 PSI y concentración de 400 ppm de H₂O₂ permitió alcanzar una reducción de DQO superior al 92 % en 120 minutos de tratamiento, mostrando un comportamiento reproducible y estable. En condiciones optimizadas, se obtuvieron reducciones del 21,3 % para ibuprofeno y del 14,4 % para estrógenos, ajustándose cinéticamente a un modelo de pseudo-primer orden con constantes de 2,0 × 10⁻³ min⁻¹ y 1,3 × 10⁻³ min⁻¹, respectivamente. Además, se lograron reducciones de 33,7 % en sólidos suspendidos totales y 33,3 % en sólidos suspendidos volátiles, mientras que los sólidos sedimentables disminuyeron un 12,5 %. En relación con los nutrientes, el nitrógeno total descendió un 20,6 %, los fosfatos un 3 % y los nitratos y nitritos se mantuvieron por debajo de los límites de detección. Estos resultados confirman que la cavitación hidrodinámica asistida con H₂O₂ constituye una alternativa eficaz para la remoción de materia orgánica en aguas residuales domésticas y con potencial para la degradación parcial de contaminantes emergentes. Sus implicaciones técnicas se reflejan en la posibilidad de complementar procesos convencionales en plantas de tratamiento de pequeña y mediana escala, mientras que sus beneficios ambientales se asocian con la mejora de la calidad de los efluentes y la reducción del riesgo ecosistémico. En conjunto, el estudio aporta bases para futuras investigaciones orientadas a escalado, integración con otros métodos avanzados de oxidación y análisis de subproductos de degradación.Publicación Acceso abierto Treatment of vinasse by using electro-dissolution and chemical flocculation(2014-06-03) Cardona, Charles; Machuca-Martínez, Fiderman; Marriaga-Cabrales, NilsonVinasse is the most important waste from the bioethanol plants due to its high polluting potential, for this it has received special attention because of interest to develop new treatment alternatives. It was evaluated the removal capacity of solids content and other parameters of vinasse by using electro-dissolution of iron and chemical flocculation through separate stages. The appropriate operating conditions for electro-dissolution were established by means of linear polarization sweeps and electrochemical impedance spectroscopy analyses. During the flocculation were conducted jar tests by using Ca(OH)2 as coadjuvant agent and as pH modifier. In this way, was possible to diminish 84% total solids, 54% chemical oxygen demand, 88% dissolved organic carbon and 76% color. The electrical consumption during electro-dissolution was 0.25 kWh/m3.