Ingeniería Química
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Item Hidrólisis enzimática de un material lignocelulósico para obtener azúcares fermentables(2009) Fernández Quesada, Sharon; Molina Córdoba, Manuel EnriqueEl objetivo de esta investigación fue evaluar el rendimiento de la hidrólisis de bagazo de caña como material lignocelulósico, utilizando tres diferentes pretratamientos· ácido con HCI, alcalino con NaOH y vapor de agua, para obtener sustancias fermentables a nivel de laboratorio mediante el uso de celulasas. El proyecto se dividió en do etapas: el fin de la primera fue, encontrar dentro de los niveles en estudio el pretratamiento, tamaño de partícula y tiempo de exposición al pretratamiento que resultó en una mayor cantidad de azucares reductores. Esta consistió en la realización de dos diseños factoriales 2 3, utilizando los pretratamientos ácidos, alcalino y con vapor, tamaños de partícula de 5 y 20 mm y tiempos de exposición al pretratamiento de 90 y 120 minutos. De aquí se obtuvo que las mejores condiciones fueron todas en su nivel superior: pretratamiento alcalino, tamaño de partícula de 2 cm y un tiempo de exposición de 120 minutos. En la segunda etapa, e estudió la hidrólisis enzimática del bagazo de caña pretratado en medio alcalino y se obtuvo que las condiciones de hidrólisis que resultan en mayor concentración de glucosa y de azucares reductores fueron: concentración de enzimas 40 μL/g de sustrato (aproximadamente un 6% m/m) tamaño de partícula de 25 mm y temperatura de hidrólisis de 50ºC. Se obtuvieron rendimientos promedio que van desde 6,9% hasta 22,4% para la concentración de glucosa y de 9,6% a 31,5% para la concentración de azúcares reductores, estos rendimientos fueron muy variables debido a que las condiciones de hidrólisis y el tipo de pretratamiento aplicado al bagazo influyen significativamente en los rendimientos calculados...Item Producción de biodiesel a partir de aceite de palma con etanol por catálisis heterogénea(2009) Almanza Ugalde, Salomé; Rivera Porras, EduardoHoy en día, debido al agotamiento de las reservas de petróleo los productos derivados de éste se han encarecido, principalmente los combustibles fósiles que se consumen en grandes cantidades en todas partes del mundo. Por lo tanto, desde hace muchos años atrás se viene trabajando para encontrar alternativas nuevas para disminuir a dependencia en el petróleo. El biodiesel es una alternativa a esta situación, es un combustible renovable compuesto de ésteres etílicos de ácidos grasos, si se usa etanol como alcohol de partida, de aceites vegetales o aceite usado de cocina. En Costa Rica lo que se produce mayoritariamente en cuanto a aceites y alcohol; son aceite de palma y etanol, a partir de melaza de caña de azúcar principalmente, por lo que ambos se pueden usar como materia prima de partida para producir biodiesel. En este proyecto se hizo w1 estudio experimental, para comparar tres tipos diferentes de catalizadores heterogéneos, para acelerar la reacción de transesterificación para producir ésteres etílicos (biodiesel). S utilizaron dos catalizadores básicos el CaO y Ba (OH)2 y un catalizador ácido ZnO. Se realizaron cuatro etapas experimentales, la p1imera a presión atmosférica, la segunda y la tercera a presiones elevadas y la cuarta consistió en elaborar el biodiesel a las condiciones experimentales óptimas obtenidas y caracterizarlo en los laboratorios de Recope. En la primera etapa experimental, se obtiene que a presión atmosférica ( punto ebullición del etanol 75 C aproximadamente y dos horas de tiempo de reacción) el porcentaje de ésteres etílicos producidos aumenta al aumentar el porcentaje de catalizador, a una relación molar alcohol-aceite de 6 a 1, además; se obtienen mejores resultados en cuanto a cantidad de ésteres producidos al utilizar Ba{OH)2 como catalizador, siendo un 37 ,3 % el valor más alto, en cuanto al CaO se obtiene un 9,46 % de ésteres producidos al mayor porcentaje de catalizador…Item Diseño de un simulador de entrenamiento para el control de emergencias con materiales peligrosos de uso industrial(2006) Hernández Carballo, Kanio; Rivera Porras, EduardoEl principal objetivo de este proyecto es diseñar un simulador de entrenamiento para el control de emergencias con materiales peligrosos de uso industrial, que permita entrenar personal de primera intervención para su control. Se busca la designación de una zona en particular para instalar equipo apropiado, que permita simular de una manera acertada y segura, situaciones de peligro similares a las que han acontecido con los principales materiales peligrosos que han generado emergencias en nuestro país. El manejo de incidentes con materiales peligrosos es una labor muy compleja. Desde el individuo en la línea frontal hasta el supervisor del más alto rango, cada persona requiere de una cantidad de información diferente. La metodología de análisis de riesgos que se muestra en este documento pretende identificar las áreas donde las maniobras, labores de ingeniería o sistemas de gerencia deben ser modificadas para reducir el riesgo y reconocer la manera más económica de hacerlo. Se incluye además información histórica sobre emergencias importantes que ha acontecido en nuestro país, así como diversas opiniones de expertos en el tema sobre el manejo de estas y aspectos importantes de la investigación y del diseño del simulador. En Costa Rica las emergencias con materiales peligrosos desde el año 2002 hasta los 5 primeros meses del año 2004, muestran que las sustancias que más generan emergencias a nivel industrial son: los agroquímicos y los gases cloro, amoníaco y L.P.G. Los datos históricos obtenidos muestran además que el L.P.G. es también un producto que a nivel residencial y comercial ha generado una importante cantidad de siniestros, por lo que es importante dar un enfoque a este tipo de situaciones. Existen básicamente dos tipos de métodos para el control de emergencias: los métodos físicos de control, que implican una serie de diversos procesos o procedimientos que buscan reducir el área del derrame, la fuga o cualquier...Item Determinación de la esterilidad comercial de dos presentaciones de frijoles volteados y elaboración de los procedimientos estándar de operación (SOP) del proceso(2006) Alpízar Herrera, Cristhian; Molina Córdoba, Manuel EnriqueEl objetivo principal del trabajo experimental es calcular la letalidad Fo a través de gráficas generadas con datos de tiempo-temperatura para dos presentaciones de frijoles molidos, los cuales son el frijol negro de 227 g. y el frijol rojo de 227 g. y determinar si el producto se somete a un proceso de esterilización adecuado. El cálculo del valor Fo se realizó por medio del método general y el método de Ball. Además, se elaboraron los procedimientos estándar de operación (SOP) en la línea de frijoles volteados de la empresa. Durante la evaluación de las características fisico-químicas del frijol molodo se determinó que el pH es de 5,7, por lo que se clasifica como alimento de baja acidez. El contenido de sal es de 1,14%. Este tipo de alimentos requieren esterilización. Las pruebas de penetración de calor en el alimento demostraron que el proceso térmico estabiecído por la empresa, que somete el alimento a 121,1°C durante un tiempo de 46 min, cumple con d objetivo de elaborar un producto seguro para el consumidor, porque los vaiores de Fo más bajos obtenidos fueron de 26,37 min. y 24,37 min. mediante el método General y el método de Ball respectivamente, valores superiores al valor de diseño de 7 min. Las pruebas microbiológicas confirmaron que el recuento total, el recuento total anaerobio y temófilos aerobios fueron menores a 10 UFC/g, lo cual cumple con la norma de calidad establecida en la empresa. Los problemas de deterioro que eventualmente se presentan en el producto no se deben a un deficiente proceso térmico, sino que estos pueden ser originados por contaminación post-proceso. Se recomienda darle un tratamiento constante de clorinación y reposición con agua fresca, al agua de enfriamiento utilizada en el proceso para evitar contaminación.Item Dimensionado y costeo de una planta de tratamiento para las lámparas fluorescentes de desecho en las fincas 1, 2 y 3 de la Universidad de Costa Rica(2009) Quirós Castro, Diego David; Chacón Scheidelaar, Michael Henry 1959-2010El objetivo general de éste proyecto consiste en dimensionar y estimar el costo de un equipo de tratamiento para las lámparas fluorescentes que se desechan en la Ciudad Universitaria Rodrigo Facio. La tecnología de tratamiento se selecciona mediante un estudio de factibilidad técnica. Además, se estiman los costos para la construcción de la planta de tratamiento y se sugerirá una posible ubicación geográfica para la planta. El problema principal de desecho es la contaminación que provoca el mercurio que contienen las lámparas fluorescentes (entre 14 y 21 mg). De estudios anteriores se conoce que el mercurio afecta en forma grave, tanto, la salud de las personas (en especial a fetos y lactantes) como la de los ecosistemas (en especial a la fauna marina). Por medio de este trabajo se determina que la Universidad desecha en promedio 16000 tubos fluorescentes por año y que en los años 2005, 2006 y 2007 la producción a aumento en aproximadamente 1000 tubos cada año. Como tecnología de tratamiento se selecciona la estabilización del mercurio con azufre y una posterior solidificación, además; se sugiere ubicar la planta en Finca 3, 150 metros norte de la Ciudad Deportiva de la U.C.R. La planta ocupará un área de 60 m2 y trabajará una semana al mes. Se recuperaran 2,41 toneladas de vidrio, 45 kg de aluminio y 38 kg de rúquel/cobre por año. Además, se logrará estabilizar un promedio de 400 g de mercurio por año. El costo del equipo de tratamiento es de $ 41 000 y los de construcción de $ 31 000, por lo que la inversión de capital total es de 72 000 dólares. El costo de operación por año será de $ 27 200. Como recomendación se propone brindar el servicio de tratamiento de lámparas fluorescentes de desecho a entidades públicas y privadas, para obtener una forma de remuneración económica para la planta.Item Evaluación del rendimiento de la hidrólisis enzimática de la celulosa a glucosa, con pretratamiento alcalino(2009) Torres Contreras, José Francisco; Molina Córdoba, Manuel EnriqueEl objetivo de este trabajo fue evaluar a nivel de laboratorio el rendimiento de la hidrólisis de la celulosa utilizando una celulasa y una celobiasa, a glucosa a partir del pretratamiento alcalino del bagazo de la caña de azúcar. Se pretrata bagazo con hidróxido de sodio a 121 ºC durante 90 minutos, agregando 10 mL de una solución al 2 % (p/v) de hidróxido por gramo de bagazo seco. Se evalúa el rendimiento de la hidrólisis enzimática, manteniendo fijos el pH y la temperatura, y variando la concentración de enzima y bagazo, y el tamaño de partícula. Se utilizan dos tamaños de partícula de 1,41 - 3,36 mm y de 0,71 - 1,00 mm. Se emplean concentraciones de enzima de 3 FPU/g y 8 FPU/g, y concentraciones de bagazo de 8 g/L y 12 g/L. La temperatura se mantiene a 50 ºC, y el pH a 4,8. Se mide la concentración de glucosa, azúcares reductores y pentosas. Los mayores rendimientos obtenidos son 70,2 % de glucosa, y 83,6 % de azúcares reductores. Estos se obtienen a una concentración de enzima de 8 FPU/g, una concentración de bagazo de 8 g/L, y un tamaño de partícula de 1,41 - 3,36 mm. Al incrementar la concentración de enzima a 20 FPU/g, y manteniendo la concentración de bagazo de 8 g/L, y un tamaño de partícula de 1,41 - 3,36 mm, se obtiene un rendimiento de glucosa de 91,7 %. Al hidrolizar enzimáticamente un lote de bagazo, con una concentración de enzima de 15 FPU/g, una concentración de bagazo de 8 g/L, y un tamaño de partícula de 1,41 - 3,36 mm, durante 52 horas, y fermentarlo a 32 ºC por 30 horas, se obtiene una concentración de etanol de 3,72 % (m/m), para una productividad de 1,24 g/L h. Se recomienda encontrar las mejores condiciones de lavado del material lignocelulósico y utilizar distintos materiales lignocelulósicos como materia prima. Así como, realizar una etapa completa de fermentación luego de la hidrólisis y un estudio de prefactibilidad técnicoeconómico del proceso.Item Estudio de prefactibilidad económica para el funcionamiento de centros de acopio de desechos sólidos municipales a nivel cantonal previamente seleccionados en el sitio de generación(2008) Mora Vega, Marilyn; Mora Gómez, Bernardo HernánItem Caracterización de la zeolita producida en un laboratorio utilizando los residuos alcalinos de una empresa dedicada a la manufactura de aluminio anodizado(2008) Distefano Zúñiga, Eric; Montero Villalobos, Mavis LiliEl objetivo de este proyecto es producir zeolita tipo A utilizando las aguas alcalinas residuales de una empresa de acabado de aluminio, y luego caracterizarla. El trabajo consistió en una primera etapa de caracterización de dichas aguas alcalinas para determinar su composición y como variaba ésta con el tiempo. En una segunda etapa para determinar si era posible utilizar estos residuos sin modificar su composición como materia prima para la producción de zeolita A y de ser posible esto, determinar el tiempo de reacción indicado para producir zeolita con buena cristalinidad y alcanzando niveles de conversión altos. La etapa final consistió en aprovechar los resultados y experiencia obtenidos en las etapas anteriores para producir un lote grande (casi 5 litros de licor madre) de zeolita A, para luego caracterizarla y compararla con zeolita A comercial. De la primera etapa se determinó que existen dos fuentes importantes de aguas residuales alcalinas: el enjuague del decapado alcalino y el lavado de los matrices de extrusión. La primera de las fuentes es un flujo continuo de unos 900 l/h, mientras que el segundo es un lote de unos 860 litros cada 3 a 5 días. La primera de las fuentes presentó concentraciones de soda cáustica entre 1,5 y 3,5 g/l y de aluminio entre 6 y 12 g/l. Las diferencias entre los promedios por día demostraron ser significativas, pero no así las diferencias por semana. La concentración de los lavados de los dados es unas 32 veces más para la soda cáustica y unas 5 veces más para el aluminio que el residuo del decapado alcalino, y su variación es baja (13 y 25% de coeficiente de variación respectivamente). De la segunda etapa se obtuvieron resultados muy importantes. Primero, con las aguas residuales del decapado alcalino, no se puede sintetizar zeolita tipo A ni con 5 días de cristalización, habría que modificar dichas aguas para aumentar su concentración y cambiar la proporción de reactivos. Segundo, 4 horas...Item Diseño y construcción de una interfaz de control de nivel, temperatura y flujo de agua en un tanque para uso en prácticas de laboratorio(2009) Richmond Salazar, Esteban; Ulate Brenes, Adolfo MauricioEl presente proyecto tiene por objetivo el diseñar y construir una interfaz de control para utilizar en prácticas, que complementen la temática desarrollada en el curso ¿Control e instrumentación de procesos¿ impartido por la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de Costa Rica. El equipo consta de un tanque de 12 dm3 (12 litros) con una bomba centrífuga que permite, además de la descarga del agua, la recirculación con el fin de mantener el líquido agitado y la temperatura homogénea. Tres sensores de flujo miden los dos flujos de entrada y el flujo de salida con que cuenta el tanque, un sensor de presión se utiliza para la determinación del nivel, y un termotransistor para la medición de la temperatura. La temperatura, el nivel y el flujo se controlan por medio de dos válvulas de solenoide proporcionales, una que manipula el flujo de salida y la otra uno de los dos flujos de entrada. El calentamiento del agua puede realizarse con un calentador de inmersión dentro del mismo tanque a una potencia fija o en un tanque externo. El control automático es realizado por un computador personal corriendo bajo el sistema operativo MS Windows XP. Con el propósito de permitir la comunicación entre la instrumentación y el computador se ha desarrollado un conjunto transmisor ¿ acondicionadores de señales, estando el transmisor basado en un microcontrolador Atmel ATmega16, y el acondicionamiento de las señales en amplificadores operacionales LM324 y transistores de mediana potencia. La interfaz requirió la creación de un programa en lenguaje C, para la operación del transmisor, y de un programa más extenso en lenguaje Visual Basic 6.0, para el cálculo de las salidas del controlador, registro de datos y manipulación por parte del usuario. Cada componente del equipo se ha probado individualmente y el funcionamiento en general es aceptable. El mayor inconveniente lo presentan las válvulas proporcionales de solenoide, las cuales...Item Evaluación del consumo de potencia en tanques agitados para sistemas no newtonianos en fase acuosa(2008) Berzosa Jiménez, Martín; Molina Córdoba, Manuel EnriqueEsta investigación tuvo como objetivo determinar modelos matemáticos en función de variables fácilmente medibles a nivel de laboratorio, que permitan evaluar la potencia requerida para agitar soluciones de naturaleza no newtoniana. Para la parte experimental se utilizó un tanque de H/D = 1 que simuló un reómetro, y se usó un agitador de hélice marina de un diámetro de 0,08 m siguiendo la metodología establecida por Metzner y Otto (1957). En una primera etapa experimental se trabajó con glicerina como fluido newtoniano, y se utilizó a diferentes concentraciones con el propósito de determinar la potencia neta consumida y con esto establecer los modelos de viscosidad. Con base en los resultados se determinaron dos modelos para la viscosidad, uno para la zona laminar y otro para la zona turbulenta: ¿=3,44x10 15 ¿ Pn4,93 ¿ p-3,93 ¿ N-9,50 [N; 1,67~8,33 rev/s ¿=4,77x10 16 ¿ Pn5,18 ¿p-4,18 ¿ N-10,24 [N;11,67~21,67 rev/s] En una segunda etapa experimental se utilizaron sustancias pseudoplásticas que son de carácter no newtoniano, tales como goma xantana CMC y goma guar, de las cuales se prepararon disoluciones a diferentes concentraciones y se registró el consumo de potencia. Utilizando las ecuaciones obtenidas en la primera etapa se calculó la viscosidad aparente requerida para establecer los modelos de consumo de potencia para cada uno de estos fluidos no newtonianos. Se ajustaron modelos para cada goma utilizada y a su vez, se realizó un ajuste global con los datos de las tres gomas Los modelos generalizados obtenidos para la zona laminar y turbulenta respectivamente son: Pn= 7,073x10-4 ¿ p0,797 ¿ N1,926 ¿ ¿a0,203 [N;1,67~8,33 rev/s] Pn= 6,013x10-4 ¿ p0,807 ¿ N1,977 ¿ ¿a0,193 [N;11,67~16,67 rev/s] En una última etapa de esta investigación se corroboraron los modelos obtenidos utilizando goma tragacanto la cual posee propiedades físicas y reológicas similares a las utilizada en las etapas anteriores...
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