Ingeniería Química
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Item Diseño, dimensionamiento y costeo de un sistema de limpieza para la eliminación de alquitranes de gas de síntesis proveniente de la gasificación a partir de la pulpa de café(2022) Vargas Cárdenas, María Gabriela; Torres Quirós, Cindy MaríaItem Evaluación del potencial de gasificación térmica del rastrojo de piña en un reactor de lecho fluidizado(2019) Rojas Chaves, Floria; Torres Quirós, Cindy MaríaItem Diseño, dimensionamiento y costeo de un reactor a escala de laboratorio para la obtención de hidrógeno a partir de la gasificación de biomasa húmeda en agua a condiciones supercríticas(2019) Mata Monge, Orlando José; Miranda Morales, Bárbara CristinaItem Evaluación de la eficiencia energética de un sistema de gasificación comercial para la producción de electricidad a partir de residuos de madera(2017) Morice Montoya, Juan Gabriel; Torres Quirós, CindyEste trabajo de investigación tuvo como objetivo evaluar la producción de energía eléctrica a partir de la gasificación de biomasa de residuos de madera por medio de la tecnología de gasificación en un reactor de lecho descendente o de tipo downdraft. Para este fin se adquirió por parte del Instituto de Café de Costa Rica (ICAFE) un reactor diseñado por la compañía All Power Labs, en el contexto del proyecto de investigación de la Escuela de Ingeniería Química ¿Implementación y Evaluación Tecnológica de gasificación en la industria del café, como alternativa para disminuir emisiones de gases efecto invernadero (GEI)¿, código 325-B5-513. El reactor GEK All Power Labs fue instrumentado con sensores de presión y temperatura, así como con medidores de flujo, uno de ellos, el de tipo orificio diseñado específicamente para efectos de este Proyecto Final de Graduación (PFG). Se realizaron corridas preliminares para evaluar el desempeño del reactor y para diseñar el experimento que competía a este PFG. Se determinó que la variable de diseño era el tipo de biomasa a partir de la medición de variables de respuesta como el flujo de syngas generado, flujo de alquitranes generados y potencia eléctrica entregada. Se obtiene que para el diseño experimental planteado la conversión de carbono es de 86,25 %, el flujo de syngas 26,11 kg/h y la potencia generada de 10,96 kW. La composición del syngas obtenida fue de 5,84 % de CH4, 23,03 % de CO, 8,86 % de CO2, 3,57 % de O2 y 14,53 % de H2. Además se estima que el calor de reacción del proceso global a 900 °C es de -10 974, 66 kJ/h. La energía perdida al ambiente y asociada a la entalpía de cenizas y alquitranes es de 48,71 MJ/h, con una eficiencia de gas frío de 40,34 %. Se recomienda realizar un estudio pertinente para evaluar el potencial de la energía producida para ser utilizada no únicamente en sistemas de combustión.Item Propuesta de minería de datos y análisis probabilístico para la estimación de variables de proceso utilizando series de tiempo en estado estacionario y algoritmos genéticos en un gasi cador de tiro descendente(2018) Urvina Savelli, Luis Andres; Torres Quirós, CindyLa pulpa de café es un residuo agroindustrial, que en la actualidad impacta negativamente a Costa Rica en lo económico, social y ambiental. El presente informe es parte de una serie, dentro del marco de otros proyectos sobre el aprovechamiento de la pulpa de café. En particular, de la gasificación de pulpa de café prensada y densificada, para la generación de energía eléctrica a escala piloto. A pesar de que la literatura sobre gasificación y gasificadores es abundante, es casi inexistente cuando se considera la gasificación de pulpa de café. Además, las metodologías de análisis corrientes tienden a ignorar aspectos como la robustez estadística, y las que sí los consideran, suelen basarse en suposiciones clásicas que no siempre se cumplen. El problema central que se abordó en este proyecto, fue la estimación probabilística de variables de proceso en la unidad gasificadora estudiada. Para esto el enfoque metodológico se basó en la adquisición de series de tiempo, las cuales se analizaron por medio de técnicas de minería de datos. Esto para generar indicadores de tendencia central, de dispersión y distribuciones de probabilidad empíricas. Finalmente se determinó que la metodología de cálculo propuesta es capaz de estimar la distribu- ción de probabilidad del flujo de syngas producido y de las demás variables de interés, sin embargo se recomienda la verificación del método por medio de la medición directa de otras variables antes de generalizarlo a otras plantas de proceso.Item Evaluación del desempeño de un gasificador comercial de lecho descendente utilizando broza de café como combustible(2017) Benavides Rodríguez, Juliana; Torres Quirós, CindyEl presente proyecto consiste en la evaluación del desempeño de un gasificador comercial de tiro descendente, el cual se trabaja utilizando broza de café como combustible. Los distintos requerimientos necesarios para la correcta operación del sistema de gasificación, así como la preparación requerida por la biomasa, se desarrollaron a través de investigación bibliográfica, cursos en línea y experiencia adquirida al participar en corridas preliminares con el equipo de gasificación, en las que se utilizó chips de madera y distintas configuraciones de broza y cascarilla de café como combustible. Como parte del esfuerzo realizado para lograr un mayor entendimiento y difusión sobre el funcionamiento de la tecnología de gasificación en el país, se elaboró además un manual en español sobre el uso y operación del sistema piloto utilizado, el cual se puede observar en el Anexo 1 de este documento. En este se explica el funcionamiento del equipo, protocolos de arranque, apagado y operación, aspectos de seguridad ocupacional y limpieza del módulo. Por otra parte, se explican los cambios realizados al sistema original, basándose en los resultados observados durante las corridas preliminares y según los requerimientos que muestra la biomasa utilizada, todo esto dentro del marco del proyecto 325-B5-513, propio de la escuela de Ingeniería Química, en el cual se trabajó. Sobre la misma línea, se describe el proceso de preparación y densificación de la biomasa a pellets 100 % broza de café y se determina un porcentaje de humedad para su uso en la corrida de evaluación, de 16 % en base seca. La corrida de evaluación se realiza finalmente en las instalaciones del ICAFE, en Barva de Heredia. En esta se utilizan 45 kg de pellets 100 % broza y tiene una duración de 2.14 h. A partir de esta se obtienen los perfiles operacionales mostrados en el Capítulo 5, de los cuales se concluye una potencia real entregada por el equipo de 6 kW...Item Evaluación de la incidencia de dos combustibles forestales de distinta geometría en el desempeño de un gasificador tipo "downdraft"(2017) Chaves Flores, Marco Vinicio; Torres Quirós, CindyEn un proceso de gasificación de biomasa la geometría de la biomasa es un factor que necesita ser considerado, pues el tamaño, forma y densidad de las partículas del combustible influencian su transporte, velocidades de secado y su descomposición térmica, factores relacionados al desempeño general del proceso. Esto se ha evidenciado al comparar los resultados obtenidos de alimentar pellets y astillas de madera a una planta piloto capaz de gasificar biomasa para la obtención de energía térmica y eléctrica. La unidad se ubica el Laboratorio de Biomateriales de la Escuela de Ingeniería Forestal del Tecnológico de Costa Rica. Se realizó un diseño experimental de dos niveles por triplicado, siendo las variables fijas el tiempo de operación de la planta (cuatro horas), el contenido de humedad (16 % base húmeda) y la potencia eléctrica (6.2 kW). Se concluye que el uso de los pellets de madera como combustible disminuyen el desempeño de la planta piloto, pues, debido a los atascamientos de los pellets dentro del reactor, se alcanzaron temperaturas menores en todas las etapas del proceso de descomposición térmica. Por ejemplo, en la zona de restricción se obtuvieron temperaturas de (804.19 ± 36.93) °C con astillas y de (731 ± 82.99) °C con pellets; y, al ser la generación de syngas un proceso endotérmico el rendimiento con pellets fue menor con respecto a las astillas de madera (i.e. en promedio se produjeron 1.75 kg de syngas por kilogramo de astillas, un 25 % más que con pellets de madera). A la vez hubo una generación mayor de metano al emplear pellets, (10.06±1.88) %v/v con respecto a un (4.70±0.56) %v/v al emplear astillas, lo que implicó un disminuyó en el contenido energético por kilogramo del syngas al utilizar pellets de madera. Además, al alimentar pellets de madera se obtuvo una mayor tasa de producción alquitranes de (4.43±0.98) kg/h con (58.97±15.37) % agua, frente...Item Evaluación de la incidencia de la zona geográfica de Costa Rica en la composición fisicoquímica de la broza de café para su potencial uso en sistemas de gasificación de lecho descendente(2018) Gómez Quirós, Carla Daniela; Torres Quirós, CindyEn el presente proyecto se llevó a cabo una caracterización fisicoquímica completa de broza de café procedente de tres zonas geográficas distintas con objeto de determinar los parámetros de interés para su utilización como biomasa en procesos de gasificación de lecho descendente. Para este efecto, se realizó una selección de tres sitios productores de café de zona alta, media y baja, y se desarrolló una metodología de muestreo representativa para la obtención de la materia prima en las localidades de San Marcos de Tarrazú, Santa Rosa de Turrialba y Miramar. Adicionalmente, se desarrolló la determinación de las propiedades fisicoquímicas de muestras de madera procedentes del Instituto Tecnológico de Costa Rica, con el propósito de llevar a cabo una comparación entre ambos materiales. Los análisis fueron realizados en diversos centros de investigación dentro de la Universidad de Costa Rica, bajo procedimientos estandarizados de normas ASTM, seleccionados posterior a una extensa revisión bibliográfica de normas disponibles. Como variables experimentales, tanto para la caracterización de madera, como para la de las muestras de broza de café, se analizó el contenido de humedad inicial (en base húmeda), contenido de humedad en base seca, contenido de compuestos volátiles, contenido de carbono fijo y contenido de cenizas (análisis próximo), composición elemental (contenidos de carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y azufre), contenido de metales (fósforo, calcio, magnesio, potasio, hierro, cobre, zinc, manganeso, boro, aluminio, estaño, sodio), junto con los factores de emisiones de los mismos a la atmósfera, poder calorífico, análisis termogravimétrico y contenido de materia orgánica (porcentajes de celulosa, hemicelulosa y lignina). A partir del análisis estadístico, se obtuvieron diferencias significativas en función de la zona geográfica de procedencia para los valores del contenido de humedad inicial...Item Determinación de parámetros fisicoquímicos y cinéticos de la degradación térmica de broza y cascarilla de café para ser utilizados en simulaciones computacionales del proceso de gasificación(2014) Castillo Benavides, José Alberto,; Torres Quirós, CindyEl presente proyecto consiste en una caracterización fisicoquímica y cinética de la broza de café y la cascarilla de café para evaluar su uso como combustible en procesos de gasificación. La determinación de los diferentes parámetros se realizó mediante la investigación bibliográfica y la experimentación en laboratorio. El creciente interés por generar energía de forma renovable ha llevado al estudio de estos residuos agroindustriales. Su potencial aprovechamiento como combustible en hornos o sistemas de reacción como los gasificadores, presenta una gran oportunidad para el sector cafetalero con mira en una producción auto sostenible y neutra en emisiones de carbono. Debido a su naturaleza heterogénea se han reportado diferentes valores de composición estructural tanto de la broza como de la cascarilla de café, lo cual lleva a la necesidad de realizar una caracterización de diferentes muestras de estos materiales biomásicos a lo largo del país. El análisis último y próximo de estos materiales permite el cálculo de condiciones clave en el proceso de gasificación, tales como la razón de equivalencia y capacidad calórica. Tal es el caso del cálculo de la cantidad de aire requerida por el sistema a partir de la razón de equivalencia; para el caso de la broza y cascarilla de café, para una razón de equivalencia de 0,25, este valor es aproximadamente de 1,5 kg de aire seco por kilogramo de biomasa. Las características físicas como la densidad real y aparente de los materiales, permiten conocer la densidad energética del material, de donde se evalúan aspectos clave del proceso como el transporte y almacenamiento del combustible. La cascarilla de café presentó una densidad real de 1212 kg/m 3 y una densidad aparente de 314 kg/m 3. Estos valores son mayores a los correspondientes a la broza de café de 958kg/m 3 y124 kg/m 3 respectivamente. Debido a su estructura plana y su baja resistencia mecánica la cascarilla de café...Item Evaluación de las propiedades fisicoquímicas de la broza del café al ser sometida a un tratamiento biológico y su impacto potencial como materia prima en posteriores procesos biológicos o termoquímicos(2014) Valverde Camacho, Edgar; Torres Quirós, CindySe realizó una investigación utilizando hongos de putrefacción blanca en pulpa de café para estudiar el impacto en sus propiedades fisicoquímicas y evaluar el posterior uso de esta broza en procesos termoquímicos y/o bioquímicos para obtención de energía o de algún producto con valor agregado. Se seleccionó de cepa mediante crecimiento en placas de Petri, y posteriormente se inoculó pulpa fresca con una cepa de Trametes versicolor y una de Pleurotus ostreatus. Cada tratamiento se mantuvo durante siete semanas en crecimiento. Posteriormente se realizó la medición de cada una de las variables de respuesta que se utilizaron para caracterizar la pulpa fresca, estas incluyeron concentración de celulosa, hemicelulosa, lignina, polifenoles totales extraíbles, cenizas totales, humedad, calor de combustión y análisis termogravimétrico. Las mediciones se realizaron tanto en la pulpa fresca como en la matriz broza-hongos al final del tratamiento. Se obtuvo un impacto sobre la concentración de polifenoles totales extraíbles con una reducción aparente de 87,7% en la pulpa tratada con Trwnetes versicolor y un 80,5% en la tratada con Pleurotus ostreatus, con respecto a la broza fresca. La concentración de lignina también se vio afectada, no obstante, se encontraron errores en el método analítico asociados presencia del hongo en los análisis, lo que llevó a lecturas erróneas en este parámetro. Sin embargo, gracias a los análisis termogravimétricos se puede observar un cambio en la matriz completa microorganismo-broza. El tratamiento biológico generó un impacto positivo en la región de pirólisis a temperaturas en el rango de 150 ºC a 400 ºC, mejorando los procesos de descomposición. Ambos tratamientos presentaron una estabilización de la termólisis en la región de temperaturas mayores a 400 ºC. Para evaluar el impacto a una escala mayor del pretratamiento sobre el proceso gasificación, específicamente sobre la producción...