Estudio Electroquímico de la Adsorción de Piocianina y su Efecto en la Transferencia Extracelular de Electrones entre una Biopelícula de Pseudomonas aeruginosa NEJ07R y un Electrodo de Carbono

Jesús Alberto Pérez García (2023, [Tesis de doctorado])

Pseudomonas aeruginosa produce biopelículas y compuestos redox como la piocianina, y se considera un modelo útil en el estudio de la transferencia extracelular de electrones (TEE) para el desarrollo de Tecnologías Electroquímicas Microbianas (TEM). En este trabajo se realizaron análisis electroquímicos para determinar las interacciones de adsorción de PIO en el electrodo y su efecto en el transporte de carga en la biopelícula, para explicar la participación de P. aeruginosa en la TEE. Los resultados mostraron que la adsorción de PIO sobre electrodos de carbono inhibe la transferencia de electrones de PIO disuelta. A concentraciones cercanas a 0.49 mM, la constante de transferencia electrónica heterogénea (kapp) disminuye, aumentando la resistencia de transferencia de carga (Rct). La interacción π-π de PIO con el electrodo podría ser la causa de la adsorción.

Electrochemical analyzes were performed to determine the PIO adsorption interactions on the electrode and its effect on charge transport in the biofilm, to explain the participation of P. aeruginosa in the TEE.

The results showed that the adsorption of PIO on

carbon electrodes inhibits the electron transfer of dissolved PIO. At concentrations close to 0.49 mM, the heterogeneous electron transfer constant (kapp) decreases, increasing the charge transfer resistance (Rct). The π–π interaction of PIO with the electrode could be the cause of the adsorption.

KW: Electrochemical Analysis, Bioelectrochemical Systems (BESs), Pseudomonas aeruginosa, Pyocyanin

ELECTROQUÍMICA INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS CIENCIAS TECNOLÓGICAS

Comparación técnico-económica entre coagulación química y electrocoagulación para remover arsénico del agua

SARA PEREZ CASTREJON María de Lourdes Rivera Huerta ALEJANDRA MARTIN DOMINGUEZ Silvia Gelover Santiago MARTÍN PIÑA SOBERANIS Juana Enriqueta Cortés Muñoz (2012, [Artículo])

En este trabajo se comparan los procesos de coagulación química (CQ) y electrocoagulación (EC) para remover arsénico de agua de pozo. El estudio se realizó a escala piloto en una fuente de abastecimiento de agua para consumo humano con presencia de arsénico entre 60 y 77 μg/l. El caudal de operación fue de 15 l/min y el tren de tratamiento se integró por CQ o EC, seguida de floculación, sedimentación y filtración en arena. Con los dos procesos se logra obtener agua que cumple con el valor guía de 0.010 mg/l para arsénico, sugerido por la Organización Mundial de la Salud, el cual es más bajo que el límite máximo permisible de 0.025 mg/l, establecido por la Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994, modificada en el año 2000. Los costos de operación resultaron más bajos con la CQ ($1.19/ m3) que con la EC ($1.67/m3), en ambos casos se incluyeron costos de reactivos y energía.

Arsénico Potabilización Coagulación química Electrocoagulación Hierro Costos de operación BIOLOGÍA Y QUÍMICA

Electrocoagulation to remove silica from cooling towers water

IVAN EMMANUEL VILLEGAS MENDOZA ALEJANDRA MARTIN DOMINGUEZ SARA PEREZ CASTREJON Silvia Gelover Santiago (2014, [Artículo])

El presente artículo muestra los resultados de un estudio que se llevó a cabo para evaluar el efecto de la calidad del agua en la remoción de sílice disuelto mediante un proceso de electrocoagulación utilizando electrodos de aluminio. La sílice se encuentra en el agua de repuesto (RW) y de purga de las torres de enfriamiento (CTBW). Las pruebas se hicieron a escala semipiloto a flujo continuo en un tren de tratamiento consistente de electrocoagulación (EC), floculación, sedimentación y filtración en arena. Se estudiaron dos RW y CTBW, con características fisicoquímicas diferentes. Las variables de respuesta analizadas fueron las siguientes: eficiencia del aluminio para remover sílice (relación mgl-1 de Al3+ dosificado/mgl-1 de sílice removido), eficiencia de remoción de Al3+ dosificado, pérdida de carga hidráulica a través del reactor electroquímico y el voltaje. Se calculó el costo del tratamiento de los cuatro tipos de agua. La relación mgl-1 de Al3+ dosificado/mgl-1 de sílice removido osciló de 1.09 ± 0.06 a 1.33 ± 0.05 al tratar RW, mientras que para CTBW fue de 0.85 ± 0.1. Los costos de energía, sustancias químicas y consumo de electrodos para el tratamiento de RW osciló de US$0.52 a US$ 0.74 m-3, y el costo del tratamiento de CTBW fue de aproximadamente US$0.53 m-3.

Aluminio Torre de enfriamiento Electrocoagulación Agua de repuesto Ciclos de concentración INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Incidencia del gradiente de velocidad en la eficiencia de la electrocoagulación para remover arsénico en un reactor a flujo pistón

ALEJANDRA MARTIN DOMINGUEZ María de Lourdes Rivera Huerta MARTIN PIÑA SOBERANIS SARA PEREZ CASTREJON (2008, [Artículo])

Se realizaron estudios a escala de laboratorio usando un reactor electroquímico a flujo pistón con electrodos de hierro, que produce hidróxidos de hierro en línea como coagulante. Los objetivos fueron analizar la influencia de la turbulencia en el fenómeno de coagulación por neutralización de carga, así como definir los parámetros que más influyen en la eficiencia electroquímica de producción de hierro y en la remoción de los flocs formados. Los resultados mostraron que las eficiencias de producción de hierro y de remoción de los flocs producidos aumentaron al incrementarse el gradiente de velocidad en el mezclado (G) y el producto de éste por el tiempo de residencia en el reactor (Gt). La producción de hierro disminuyó conforme transcurrió el tiempo de operación del reactor; sin embargo, un valor de conductividad de 600μS·cm-1 originado por la adición de NaCl evitó este decremento y aumentó la eficiencia electroquímica. La presencia de cloro en el agua elevó significativamente la eficiencia en la remoción de hierro pero no influyó en la producción del mismo. En el estudio se partió del supuesto que entre más hierro se removiera después de la sedimentación, mayor sería la cantidad de arsénico que se eliminaría del agua. Los resultados mostraron que hay una buena correlación entre la eliminación de los dos contaminantes.

Electrocoagulación Remoción de contaminantes Arsénico Tratamiento del agua INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Efecto de la velocidad de flujo y de la calidad del agua en la pasivación de un reactor de electrocoagulación

Effect of flow velocity and water quality in the passivation of an electrocoagulation reactor

SARA PEREZ CASTREJON Silvia Gelover Santiago Alejandra Martín-Domínguez (2012, [Artículo])

En los últimos años se ha incrementado el interés por las técnicas electroquímicas para el tratamiento de distintos tipos de agua contaminada y, debido a esto, el desarrollo y la evaluación del desempeño de los reactores ha jugado un papel muy importante en el éxito de estas tecnologías. En ese sentido, el presente estudio muestra el efecto de la velocidad de flujo (vf) y la calidad fisicoquímica del agua a tratar, sobre la pasivación de un reactor de electrocoagulación. Las pruebas se hicieron a escala piloto en un reactor a flujo pistón, con electrodos de aluminio monopolares operando en forma galvanostática y con cambios de polaridad temporizada.

Electrocoagulación Calidad del agua Pasivación INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

The impact of 1.5 °C and 2.0 °C global warming on global maize production and trade

Wei Xiong Tariq Ali (2022, [Artículo])

Future Climate Scenario Data Yield Reduction Risk CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA CLIMATE CHANGE GREENHOUSE EFFECT MAIZE MITIGATION SIMULATION ACCLIMATIZATION ADAPTATION GLOBAL WARMING

Comprehending the evolution of gene editing platforms for crop trait improvement

deepmala sehgal Apekshita Singh SoomNath Raina (2022, [Artículo])

Cas9 Base Editing Prime Editing Epigenome Editing CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA CRISPR ABIOTIC STRESS ARABIDOPSIS CROP IMPROVEMENT DNA ELECTROPORATION GENE EDITING RICE WHEAT

Simulación y validación de la reparación de ductos en servicio por la deposición directa de soldadura

LUIS DANTE MELENDEZ MORALES (2023, [Tesis de doctorado])

El transporte de hidrocarburos por ductos enterrados es la forma más segura, confiable y económica para su suministro, estos pueden extenderse grandes longitudes territoriales e inclusive atravesar países con tal de satisfacer la demanda energética. No obstante, los ductos pueden sufrir daños provocados por el ambiente, su operación o bien provocados por terceros, siendo necesario que sean intervenidos reemplazando las secciones dañadas. Las regulaciones nacionales y tratados internacionales desalientan la liberación de grandes cantidades de gas natural a la atmósfera, por demás de que un paro de suministro conlleva a desabasto energético, multas y a costosas operaciones asociadas con la rehabilitación del ducto, forzando a soldar envolventes y accesorios sin detener la operación de los ductos, esto se conoce como “soldadura en servicio”. La soldadura en servicio es un proceso tecnológico, por el cual se puede efectuar la interconexión y la reparación de ductos mientras están en operación, previo a realizar estas actividades, se requiere que dos riesgos sean evaluados: agrietamiento por hidrógeno y quemada pasante. Las simulaciones actuales y validaciones evalúan estos riesgos de forma independiente, pero debido a su interdependencia estos riesgos deben evaluarse en conjunto. Un método de reparación que no es normalmente empleado, pero con un alto potencial debido a su simplicidad y versatilidad, es la deposición directa de soldadura. En la presente investigación, se realizó una simulación numérica fluido-termo-mecánica acoplada con validación experimental, de la reparación de un tubo con flujo presurizado conteniendo un defecto interno por la deposición directa de soldadura. Por medio de la cual, es posible predecir el comportamiento estructural del ducto mientras se realiza la reparación.

La simulación numérica se efectuó con el apoyo del software ANSYS versión académica 22R2, siendo esta una herramienta de última generación capaz de contribuir en la predicción de mecanismos complejos como lo es la soldadura en servicio, incrementando con ello la seguridad y confiabilidad de estas operaciones. Cabe hacer mención, que la regulación nacional prohíbe la reparación de defectos internos por la deposición directa de soldadura, esto se debe principalmente a la falta de investigaciones validadas que respalden su viabilidad. Los resultados demostraron la efectividad de emplear este método de reparación para restaurar la resistencia mecánica de los ductos. Las inspecciones por pruebas no destructivas superficiales, subsuperficiales y volumétricas, evidenciaron que no ocurrió agrietamiento inmediatamente al finalizar la reparación y retardada (posterior a por lo menos 12 horas después de haberse finalizada la reparación, tiempo suficiente para permitir la difusión de hidrógeno atómico a hidrógeno molecular). Las curvas de tendencia de temperatura mostraron buena aproximación teniéndose una diferencia máxima de 5.09% entre los resultados numéricos y experimental. Los resultados numéricos y experimentales de la deformación perimetral a lo largo de la longitud de la tubería mostraron un comportamiento similar con una diferencia significativa del 17.7% entre los valores numéricos atribuidos a la falta de información de entrada para las propiedades de la soldadura. El análisis estructural efectuado en este estudio emplea la estimación del riesgo de quemada pasante bajo presión interna, determinado por la ocurrencia de abultamiento radial localizado. Los resultados numéricos indican que no ocurre deformación plástica relevante. Se hace una fuerte recomendación para que las evaluaciones de análisis térmico empleen la morfología actual del defecto y no solo consideren el espesor remanente del tubo. De acuerdo con la revisión bibliográfica realizada y recientemente publicada, este tipo de simulación numérica acoplada con validación experimental de la reparación de ductos en servicio por deposición directa de soldadura para la reparación de defectos internos contemplando la prevención de quemada pasante y agrietamiento por hidrógeno no ha sido realizada con anterioridad.

Hydrocarbon transportation by buried pipelines is the safest, most reliable, and economical way for its supply; these can extend long territorial distances and even cross countries with the purpose of satisfying the energy demand. However, the pipelines can suffer damages caused by their environment, their operation, or provoked by third parties, making necessary interventions to replace the damaged sections. National regulations and international agreements discourage the release of large quantities of natural gas into the atmosphere; moreover, a stop in its supply entails an energetic shortage, fines, and expensive operations associated with the pipeline rehabilitation, forcing to weld sleeves and fittings without stop the pipeline operation, this is known as “In-Service Welding”. In-Service welding is a technological process for which interconnection and repair of pipelines can be made while they are in operation; before making it, two main risks need to be assessed: hydrogen cracking and burn-through. Current simulations and validations assess these risks independently, but due to their interdependence, these risks need to be assessed in conjunction. A repair method not normally used but with high potential due to its simplicity and versatility is the direct deposition of the weld. In the present research, a fluid-thermo-mechanical coupled numerical simulation with experimental validation was done of a repair on a pipe with pressurized flow having an internal defect by direct deposition of the weld. It is possible predict the structural behavior of a pipeline while the reparation is performed.

The numerical simulation was done with the support of ANSYS software academic version 22R2, the latest generation tool able to contribute to the prediction of complex mechanisms, as is in-service welding, increasing the security and confidence of these operations. It is worth mentioning that national regulation forbids the reparation of internal defects for direct deposition of the weld; the main reason is the lack of validated investigations supporting its viability. The results demonstrated the effectiveness of using this repair method to restore the mechanical strength of pipelines. Surface, sub-surface, and volumetric non-destructive inspections evidenced no cracking immediately to finish the repair and delayed (after at least 12 hours of having finished the repair, time enough to allow the hydrogen diffusion from atomic hydrogen to molecular hydrogen). Temperature tendency curves showed good approximations, having a maximum difference of 5.09 % between numerical and experimental. Perimeter deformation along the pipe length between numerical and experimental results displayed a similar behavior with a significant difference of 17.7% against numerical values attributed to the lack of input data for weld properties. The structural analysis performed in this study used the approach of the risk of burn-through under internal pressure determined by the occurrence of localized radial bulging. Numerical results indicated no relevant plastic strain occurs. It is strongly recommended that thermal analysis assessments using the actual defect morphology be performed, not only considering the remaining thickness of the pipe. According to the bibliographic revision performed and recently published, this kind of coupled numerical simulation of in-service repair or pipelines by direct deposition for repairing internal defects considering the prevention of burn-through and hydrogen cracking has not been done.

Ducto Soldadura en servicio Quemada pasante Agrietamiento por hidrógeno Reparación de soldadura Simulación numérica Pipeline In-service welding Burn-through Hydrogen cracking Weld repair Numerical simulation INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS

Deterministic Brownian-like Motion: Electronic Approach

JOSE LUIS ECHENAUSIA MONROY Eric Campos Cantón Rider Jaimes Reátegui JUAN HUGO GARCIA LOPEZ GUILLERMO HUERTA CUELLAR (2022, [Artículo])

"Brownian motion is a dynamic behavior with random changes over time (stochastic) that occurs in many vital functions related to fluid environments, stock behavior, or even renewable energy generation. In this paper, we present a circuit implementation that reproduces Brownian motion based on a fully deterministic set of differential equations. The dynamics of the electronic circuit are characterized using four well-known metrics of Brownian motion, namely: (i) Detrended Fluctuation Analysis (DFA), (ii) power law in the power spectrum, (iii) normal probability distribution, and (iv) Mean Square Displacement (MSD); where traditional Brownian motion exhibits linear time growth of the MSD, a Gaussian distribution, a −2 power law of the frequency spectrum, and DFA values close to 1.5. The obtained results show that for a certain combination of values in the deterministic model, the dynamics in the electronic circuit are consistent with the expectations for a stochastic Brownian behavior. The presented electronic circuit improves the study of Brownian behavior by eliminating the stochastic component, allowing reproducibility of the results through fully deterministic equations, and enabling the generation of physical signals (analog electronic signals) with Brownian-like properties with potential applications in fields such as medicine, economics, genetics, and communications, to name a few."

Brownian motion Deterministic Brownian motion DFA analysis Statistical analysis Electronic circuit Electronic implementation CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA ELECTRÓNICA

Modeling the growth, yield and N dynamics of wheat for decoding the tillage and nitrogen nexus in 8-years long-term conservation agriculture based maize-wheat system

C.M. Parihar Dipaka Ranjan Sena Prakash Chand Ghasal Shankar Lal Jat Yashpal Singh Saharawat Mahesh Gathala Upendra Singh Hari Sankar Nayak (2024, [Artículo])

Context: Agricultural field experiments are costly and time-consuming, and their site-specific nature limits their ability to capture spatial and temporal variability. This hinders the transfer of crop management information across different locations, impeding effective agricultural decision-making. Further, accurate estimates of the benefits and risks of alternative crop and nutrient management options are crucial for effective decision-making in agriculture. Objective: The objective of this study was to utilize the Crop Environment Resource Synthesis CERES-Wheat model to simulate crop growth, yield, and nitrogen dynamics in a long-term conservation agriculture (CA) based wheat system. The study aimed to calibrate the model using data from a field experiment conducted during the 2019-20-2020-21 growing seasons and evaluation it with independent data from the year 2021–22. Method: Crop simulation models, such as the Crop Environment Resource Synthesis CERES-Wheat (DSSAT v 4.8), may provide valuable insights into crop growth and nitrogen dynamics, enabling decision makers to understand and manage production risk more effectively. Therefore, the present study employed the CERES-Wheat (DSSAT v 4.8) model and calibrated it using field data, including plant phenological phases, leaf area index, aboveground biomass, and grain yield from the 2019-20-2020-21 growing seasons. An independent dataset from the year 2021–22 was used for model evaluation. The model was used to investigate the relationship between growing degree days (GDD), temperature, nitrate and ammonical concentration in soil, and nitrogen uptake by the crop. Additionally, the study explored the impact of contrasting tillage practices and fertilizer nitrogen management options on wheat yields. The experimental site is situated at ICAR-Indian Agricultural Research Institute (IARI), New Delhi, representing Indian Trans-Gangetic Plains Zone (28o 40’N latitude, 77o 11’E longitude and an altitude of 228 m above sea level). The treatments consist of four nitrogen management options, viz., N0 (zero nitrogen), N150 (150 kg N ha−1 through urea), GS (Green seeker based urea application) and USG (urea super granules @150 kg N ha−1) in two contrasting tillage systems, i.e., CA-based zero tillage (ZT) and conventional tillage (CT). Result: The outcomes exhibited favorable agreement between the model’s simulations and the observed data for crop phenology (With less than 2 days variation in 50% onset of flowering), grain and biomass yield (Root mean square error; RMSE 336 kg ha−1 and 649 kg ha−1, respectively), and leaf area index (LAI) (RMSE 0.28 & normalized RMSE; nRMSE 6.69%). The model effectively captured the nitrate-N (NO3−-N) dynamics in the soil profile, exhibiting a remarkable concordance with observed data, as evident from its low RMSE = 12.39 kg ha−1 and nRMSE = 13.69%. Moreover, as it successfully simulated the N balance in the production system, the nitrate leaching and ammonia volatilization pattern as described by the model are highly useful to understand these critical phenomena under both conventional tillage (CT) and CA-based Zero Tillage (ZT) treatments. Conclusion: The study concludes that the DSSAT-CERES-Wheat model has significant potential to assess the impacts of tillage and nitrogen management practices on crop growth, yield, and soil nitrogen dynamics in the western Indo-Gangetic Plains (IGP) region. By providing reliable forecasts within the growing season, this modeling approach can facilitate better planning and more efficient resource management. Future implications: The successful implementation of the DSSAT-CERES-Wheat model in this study highlights its applicability in assessing crop performance and soil dynamics. Future research should focus on expanding the model’s capabilities by reducing its sensitivity to initial soil nitrogen levels to refine its predictions further. Moreover, the model’s integration with decision support systems and real-time data can enhance its usefulness in aiding agricultural decision-making and supporting sustainable crop management practices.

Nitrogen Dynamics Mechanistic Crop Growth Models Crop Simulation CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA NITROGEN CONSERVATION AGRICULTURE WHEAT MAIZE CROP GROWTH RATE SIMULATION MODELS