Ingeniería y Arquitectura
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Item Evaluación del efecto del uso de distintos materiales secantes y diferentes tipos de pretratamiento en el proceso de compostaje doméstico en composteras giratorias(2023) Monge Bolaños, Andrés Alberto; Chin Pampillo, Juan SalvadorEl compostaje es un proceso de transformación biológica que permite la descomposición y estabilización de la materia orgánica. Esta técnica se ha vuelto relevante en Costa Rica, donde hasta un 60 % de los residuos sólidos recolectados por las municipalidades son biodegradables, con un incremento estimado en la generación por parte de las ciudades del 4 % anual en la última década. En respuesta a esta situación, han surgido iniciativas para la revalorización de estos residuos como el Plan Nacional de Compostaje derivado del Plan de Descarbonización 2018-2050 (Gobierno de la República de Costa Rica, 2019). Dentro de estas estrategias, destaca la promoción del com- postaje doméstico como una alternativa efectiva del tratamiento puntual de la fuente de residuos sólidos biodegradables con beneficios agregados, como la generación de abono, reducción de la contaminación y desarrollo de una economía circular. La función del material secante es fundamental en el compostaje, ya que contribuye di- rectamente a equilibrar la humedad y facilitar una estructura favorable para la degradación bajo condiciones aeróbicas. Con el objetivo de profundizar en la optimización del proceso de compostaje doméstico se desarrolló un diseño experimental factorial tipo 22, en el cual se evaluó el efecto de dos factores, el pretratamiento y el material secante (MS); a dos niveles, picado fino y picado grueso, y pellet de madera y cartón para huevos. El estudio se realizó en el cantón de Escazú, San José, durante los meses de Octubre 2022 a Febrero 2023. Se establecieron 4 tratamientos distintos: C1: Fino-Pellet, C2: Fino-Cartón, C3: Grueso-Cartón y C4: Grueso-Pellet y se corrieron tres ciclos de compostaje con una duración de dos meses cada ciclo, dividido en una fase activa de adición de material y una fase pasiva de cese de la adición y maduración del compost. Para comparar el uso e influencia de los factores, se caracterizó la capacidad...Item Estudio de prefactibilidad técnico-financiera sobre la producción de etanol de segunda generación mediante hidrólisis y fermentación a partir de bosorola de café como fuente de biocombustible(2023) Bonilla Mora, Evelyn; Miranda Morales, Bárbara CristinaItem Análisis de las propiedades fisicoquímicas y la tolerancia al agua, de mezclas con etanol de las gasolinas utilizadas en Costa Rica(2019) López Herrera, Irán Adonías; León Rojas, Carlos FernandoEste proyecto consistió en analizar las propiedades fisicoquímicas y la tolerancia al agua, de mezclas con etanol de las gasolinas utilizadas en Costa Rica. El proyecto se llevó a cabo en el Laboratorio de Electroquímica y Energía Química (CELEQ), que se encuentra ubicado en la Ciudad de La Investigación de la Universidad de Costa Rica, sede Rodrigo Facio, específicamente en el Laboratorio de Hidrocarburos; laboratorio en el que se analizan las gasolinas que se distribuyen en todo el país, tanto del plantel de RECOPE, como de las estaciones de servicio. Para la realización del mismo, se prepararon mezclas de gasolina regular y de superior al 1 %, 2,5 %, 5 %, 10 % y 15 % de etanol en volumen. Listas las mezclas se procedió a realizar las pruebas que pide el Reglamento Técnico Centroamericano y la INTE E1:2016, de acuerdo con las Normas ASTM que se utilizan en el laboratorio para cada análisis. En estas pruebas están, por ejemplo: presión de vapor, curva de destilación, número de octanos, entre otras. Además, se midió la tolerancia al agua de las mezclas como la temperatura de separación de fases, hasta la temperatura más baja posible que se pueda alcanzar en el país. También se realizó un diseño factorial 23, teniendo como factores el porcentaje de aromáticos, el porcentaje de etanol y la temperatura, y teniendo como variable respuesta, la cantidad máxima de agua que retiene cada mezcla. De este análisis se obtuvo que la gasolina al 15 % de etanol no cumple con la T50 de la curva de destilación, que el porcentaje de oxígeno aumenta con el aumento de etanol a tal grado que las gasolinas con un 10 % y 15 % de etanol en volumen no cumplen con los requerimientos de la Norma, esto se debe a la presencia de MTBE y el ETBE en las gasolinas base; sustancias que no deben estar presentes en las gasolinas al momento de la utilización de estas mezclas. Los demás parámetros se encontraron bajo especificación. También se encontró...Item Comportamiento energético de una estufa de leña con diseño propio basado en ténicas de gasificación(2022) Elizondo Montoya, Dennis Andrey; Casanova Treto, PedroSe diseñó un micro gasificador de flujo ascendente para biomasa residual de aserradero bajo convección natural, para ser utilizado en operaciones de cocción. La estufa gasificada se construyó con materiales estándar, como perfiles estructurales, para facilitar su replicación por potenciales usuarios. Se notó que la mayoría de las estufas gasificadas reportadas en la literatura funcionan con alimentación por lote; por lo tanto, una de las partes más importantes de este diseño fue satisfacer la necesidad de proveer alimentación continua durante la cocción, promoviendo periodos de uso prolongados. El diseño de la estufa fue dependiente de la experimentación y adaptación, para lograr un producto funcional. En el proceso constructivo se utilizaron herramientas de taller como esmeriladora, soldadora, taladro, prensa de banco, entre otras. Además, las paredes de la estufa gasificada se cubrieron con manta cerámica, para reducir pérdidas de calor y la posibilidad de quemaduras durante el uso. Se realizaron evaluaciones mediante pruebas de ebullición de agua y recopilación de datos térmicos, tanto para la estufa gasificada como para otras dos estufas de referencias (fogón de ladrillos y plantilla de gas licuado de petróleo). La biomasa utilizada fue ciprés (Cupressus lusitanica), con poder calorífico inferior de 15,15±0,09 MJ kg-1 a un contenido de humedad (en base húmeda) de 14,5 ± 0,10 %. El análisis de transferencia de calor de las paredes de la estufa gasificada demostró que la eficiencia térmica teórica fue de 90 %; sin embargo, la prueba de ebullición de agua dio un resultado de eficiencia térmica de 20,25 ± 2,31 %. La eficiencia térmica obtenida mediante las pruebas de ebullición de agua fue inferior a otras reportadas en la literatura. La comparación de la estufa gasificada con las otras dos estufas de referencia mostró que su eficiencia fue superior al fogón de ladrillos, pero menor a la plantilla...Item Evaluación de las variables de producción y caracterización de pellets a partir de residuos biomásicos de pejibaye para su aplicación como biocombustible sólido con fines energéticos(2019) Varela Rodríguez, Alberto José; Ulate Brenes, Adolfo MauricioEl proyecto consistió en evaluar la producción y caracterización de pellets a partir de residuos biomásicos de pejibaye bajo distintas condiciones de diseño y determinar su capacidad energética en un sistema de combustión para la comparación con otro tipo de biomasas y el dimensionamiento de un sistema en el que se utilice el biocombustible sólido. Para la producción de los pellets, los residuos fueron obtenidos de un negocio dedicado a la producción de alimentos derivados de pejibaye. Se realizó un tratamiento previo al material residual para favorecer las condiciones necesarias para la elaboración de los pellets. La humedad inicial fue el primer parámetro de control teniendo valores para los residuos sin pelletizar para la cáscara de 58,02 %, para el racimo de 80,83 % y para la semilla de 48,22 %. Para el material previo al proceso de secado se tuvo para la cáscara 11,32 %, racimo 14,03 % y la semilla 10,48 %. Los parámetros de cenizas y densidad de los residuos se compararon con los de los pellets para evaluar la eficiencia del proceso, teniendo como resultados para las cenizas de residuos 4,11 %, 4,03 %, y 4,07 % para la cáscara, el racimo y la semilla respectivamente. Las densidades aparentes de los residuos fueron 0,329 g/mL, 0,279 g/mL, y 0,607 g/mL correspondientes a la cáscara, el racimo y la semilla. Para la elaboración de los pellets se utilizó un sistema cilindro ¿ pistón, el cual se acopla a una máquina de ensayos la cual permite que el pistón baja y se introduzca en el cilindro, en el cual se agrega el material y este se comprime a una temperatura programada a 180 °C la cual varía debido a las oscilaciones del sistema entre 170 °C y 190 °C. La fabricación de los pellets se dividió en dos partes, una para la realización de la prueba de dureza mecánica y la segunda para la determinación del poder calorífico variando el tiempo de compresión y el tamaño de particula, con base al resultado de la prueba...Item 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 Mejoramiento de la producción de inóculo para biotratamiento de pulpa de café, con fines de aprovechamiento energético(2018) Mora Rojas, Pablo Alberto; Torres Quirós, CindyEsta investigación se centró en mejorar aspectos esenciales en la implementación industrial de un proceso biotecnológico orientado hacia el acondicionamiento de la pulpa de café, con el fin de aumentar su aprovechamiento como materia prima en posteriores procesos termoquímicos. Concretamente, se buscó hallar condiciones de diseño favorables, en términos operativos y económicos, del proceso de producción de inóculo de hongos de putrefacción blanca, y evaluar el uso de éstos en un biotratamiento a escala de invernadero. La primera fase experimental consistió en la producción de un inóculo primario. Se analizó el efecto de la composición del sustrato semilla (arroz, aserrín, pulpa, papel, y sus mezclas) sobre su colonización por parte de Pleurotus ostreatus y Trametes versicolor, durante tres semanas. Se aplicó un análisis de varianza de un factor (ANOVA) como diseño de experimentos. En la segunda fase, buscó obtener un inóculo secundario a partir del primario. Se aplicó un diseño factorial 23 para evaluar el efecto del tipo de sustrato, cantidad aplicada de inóculo y tratamiento térmico (esterilización mediante autoclave o pasteurización) de la pulpa de café como sustrato, en la colonización por parte de los hongos mencionados. Para la tercera fase, se seleccionó un inóculo secundario, se aplicó a lotes de pulpa no estéril, y se comparó el efecto del biotratamiento con este hongo, ya fuera con o sin volteo del sustrato, con el efecto del biotratamiento con microorganismos de montaña (MM), y con pulpa sin biotratamiento, en las variables de respuesta seleccionadas, a saber: poblaciones totales de categorías específicas de microorganismos, humedad y pH del sustrato, contenido de lignina, y análisis termogravimétrico y simulación a escala de un proceso de gasificación. Todas las etapas fueron ejecutadas durante tres semanas. Como principal resultado de la primera etapa, se obtuvo la mayor colonización...Item Caracterización de pellets con fines energéticos elaborados a partir de residuos forestales(2015) Carrillo Paniagua, Tonny; Casanova Treto, PedroSe realizó la caracterización de pellets fabricados a partir de residuos de aserradero, producto del aprovechamiento de las especies Pilón (Hyeronima alchorneoides) y Eucalipto (Eucalytus spp). Equipo de diseño experimental fue empleado para elaborar pellets bajo distintas condiciones de densificación. Parámetros como el diámetro (8 mm ¿ 10 mm), la fuerza de compresión (300 kgf ¿ 500 kgf) y la temperatura (90 ºC ¿ 105 ºC), fueron modificados con el objetivo de evaluar su efecto sobre propiedades físicas (densidad unitaria, aparente y dureza mecánica), propiedades térmicas (conductividad térmica, difusividad térmica y calor específico) y propiedades fisicoquímicas (poder calorífico, contenido de cenizas). También se determinó el contenido de nitrógeno, cloro y azufre presente en la biomasa. Posteriormente los resultados fueron comparados con lo estipulado en normativas internacionales para la calidad de pellets. La densidad unitaria, aparente y la dureza mecánica determinada, tuvieron valores entre los 0,856 kg/dm3 y 1,093 kg/dm3 , 480,0 kg/m3 y 603,0 kg/m3 , y 96,1 % a 97,5 % respectivamente. En la determinación de las propiedades térmicas se obtuvieron valores entre los 0,253 W/m¿K y 0,279 W/m¿K para la conductividad térmica, l,748×10-7m2 /s y 2,314×10-7 m2 /s para la difusividad térmica, y en el caso del calor específico se determinaron valores entre los 3,019 kJ/kg¿K y 2,183 kJ/kg¿K. Las propiedades fisicoquímicas como el poder calorífico superior tuvieron valores entre los 18 837 kJ/kg y 18 984 kJ/kg, el contenido de cenizas fue de un 1,31% (b.s.). Finalmente, se estimó que el contenido de nitrógeno, cloro y azufre presente en la biomasa empleada, corresponde a un 0,1129%, 0,0592% y 0,0317% respectivamente. Los resultados indican que las propiedades físicas fueron las más sensibles a las condiciones de densificación estudiadas, encontrándose un efecto significativo principalmente, con el aumento...Item Determinación de la viscosidad y los parámetros termodinámicos de mezclas de aceite de ricino, etanol y glicerina para su uso como combustible(2015) Obando Amador, Mary; Mata Segreda, Julio FranciscoEn este proyecto se determinó la viscosidad y los parámetros termodinámicos de mezclas de aceite de ricino, etanol y glicerina para su uso como combustible. Se realizó una curva de mutua solubilidad para las mezclas de aceite de ricino, etanol y glicerina, a partir de esta se escogieron dos mezclas, una mezcla A con porcentajes de 65,3% de aceite de ricino, 29,6% de etanol y 5,1% glicerina, la mezcla B presenta la siguiente composición 53,9% de aceite de ricino, 36,1% de etanol y 10,0% de glicerina, estos porcentajes son en fracción masa. Se determinó la variación de la densidad de las mezclas con temperaturas entre 18 ºC a 30 ºC aproximadamente, esto se llevó a cabo en el Laboratorio de Biomasa de la Escuela de Química y se determinó la viscosidad de las mezclas desde 35 ºC hasta 80 ºC, para las viscosidad los experimentos se llevaron a cabo en el Laboratorio de Físico-Química de la Escuela de Química. A partir de la variación de la densidad de las mezclas respecto a la temperatura se determinó el coeficiente de expansión térmica, para la mezcla A se obtuvo un valor de 7,6x10-4 K-1 y para la mezcla B de 8,1x10-4 K-1, se puede comparar este valor con los correspondientes de diesel (7,7x10-4 K)-, gasolina (9,0 x10-4 K)- y búnker 7,1x10-4 K-. Los valores son comparables con los de los combustibles tomados como referencia lo cual señala la potencialidad de consideración de estas mezclas como parte de la matriz energética para sistemas estacionarios. A partir del coeficiente de expansión térmica utilizando el modelo del sólido blando se determinaron los demás parámetros termodinámicos para las mezclas. La entalpía de vaporización para la mezcla A es 65 kJ/mol y para la mezcla de B de 59 kJ/mol, estos valores de entalpía están por encima de la entalpía de vaporización de la gasolina (47,8 kJ/mol) y por debajo del diesel y el búnker. (101,8 kJ/mol a 192,6 kJ/mol. El coeficiente de compresibilidad isotérmica...