Ingeniería y Arquitectura
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Item Evaluación de la técnica de higienización alcalina para la transformación del lodo de planta de tratamiento de aguas residuales ordinarias en biosólido para uso agrícola(2023) Calderón Mejía, Ronald Fauricio; Centeno Mora, Erick JavierEste trabajo final de graduación evaluó la higienización alcalina en lodos residuales de PTAR ordinaria de tipo aeróbico y anaeróbico, para transformar el material en biosólido apto para ser utilizado en agricultura. Esto se planteó por medio de 3 etapas: (i) caracterización de lodos provenientes de distintas PTAR para determinar su aptitud para ser convertido en biosólido, (ii) evaluación de la inactivación de microorganismos patógenos por medio de la técnica de higienización alcalina a escala de laboratorio con el fin de convertirlo en biosólido, y (iii) estudio de la factibilidad técnica y económica del uso de la higienización alcalina del lodo en escala plena. Por medio de pruebas de laboratorio se determinaron parámetros fisicoquímicos (humedad, sólidos totales, volátiles y fijos, N, P, Ca, Mg, K, S, C, C/N, fe, Cu, Zn, Mn, B, pH, y conductividad eléctrica) y microbiológicos (coliformes fecales, huevos de helmintos y Salmonella). De la caracterización se determinó que el lodo posee cantidades de nutrientes dentro del rango recomendado para abonos orgánicos. El proceso de higienización fue efectivo para la inactivación de coliformes fecales, huevecillos de helmintos y Salmonella utilizado 10% de cal por gramo húmedo de lodo. Finalmente, llevar a cabo el proceso a escala plena se determinó como factible técnica y económicamente, con posibilidad de generar ganancias según la valorización del biosólido en el mercado. De esta forma se concluye que es posible obtener biosólido tipo A de lodo según la reglamentación nacional DE N°39316, que puede ser aprovechado en la agricultura y para la recuperación de suelos ácidos.Item Evaluación de un sistema de electrocoagulación como tratamiento secundario para el efluente de un digestor anaeróbico(2019) Brenes Vargas, Hellen; Bustamante Román, Mauricio JoséEn Costa Rica un 13,4 % de la población no tiene acceso a sistemas de tratamiento de agua residual después de su uso. Otro problema ambiental presente en Costa Rica recae en el manejo de residuos sólidos, debido a que no en todo el territorio hay reglamentos o iniciativas funcionales para minimizar la problemática. Para un país en desarrollo es importante invertir en sistemas de saneamiento y manejo de desechos sólidos que contribuyan a un mejor posicionamiento a nivel mundial, así como en el aporte de acciones para la implementación de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), los cuales son impulsados por las Naciones Unidas. Si se invierte en iniciativas de tratamiento y manejo de desechos, se está invirtiendo en la salud pública de la población en general. En la presente investigación se propuso un conjunto de sistemas que sean eficientes en el tratamiento de aguas residuales provenientes de residencias, en donde se planteó como primer paso un tratamiento primario que consiste en un digestor anaeróbico en condición mesofílica y como segundo tratamiento la electrocoagulación, la cual por medio de electricidad desestabiliza las partículas de contaminantes, provocando que estas precipiten y floten siendo su remoción más sencilla. Se realizaron dos escenarios para el sistema anaeróbico y se obtuvo que la combinación 80:20 de agua residual y residuos de alimentos a un 5 % de sólidos totales genera un porcentaje de remoción de sólidos hasta de 79 % y una producción de biogás de 177 mL de biogás/g SV. Al aplicar el sistema secundario, se concluyó que un tiempo de exposición de 30 minutos con un amperaje de 2.5 A y 9,4 V es eficiente para la remoción...Item Diseño de un sistema compacto para el tratamiento de residuos urbanos(2020) Solano Hernández, María Natalia; Bustamante Román, Mauricio JoséEste proyecto consistió en el diseño de un sistema compacto para el tratamiento de residuos domésticos y aguas residuales. Por su parte, el diseño se basó en la integración de dos sistemas; uno primario correspondiente a digestión anaerobia evaluado mediante un ensayo de potencial bioquímico de metano (PBM), para conocer la eficiencia en la degradación de materia orgánica y producción de biogás de una mezcla de residuos de alimentos y agua residual; y uno secundario evaluado por medio de un tanque de aireación con lodos activados. Como materia prima se utilizó agua residual de la Facultad de Odontología de la Universidad de Costa Rica (UCR) y restos de alimentos domésticos. Para el sistema primario se realizaron dos ensayos de PBM. En el ensayo 1 se buscó optimizar los sólidos totales, por lo tanto, se definieron dos mezclas, una de 1 % y otra de 2 % de sólidos totales y se trabajó con triplicado. En el ensayo 2 se buscó optimizar las proporciones de dos sustratos, una de 90:10 (90 % de residuos de alimentos y 10 % de agua residual) y otra de 50:50 (50 % de residuos de alimentos y 50 % de agua residual), además se definió 1 % y 2 % de sólidos totales para cada una de las proporciones y se trabajó con triplicado de cada proporción. Para el desarrollo del sistema secundario, se diseñó y construyó un tanque de aireación de 8 litros, como prototipo para optimizar el tiempo de retención hidráulico; al respecto, se definieron tres tiempos: ocho, diez y catorce horas. Asimismo, se llevó a cabo una caracterización microbiológica de los lodos activados del tanque de aireación. De acuerdo con los resultados obtenidos, del ensayo 1 se concluye que la mezcla de 2 % de sólidos totales tiene una mayor producción de biogás con un máximo de 337,36 ml biogás/g SV y una remoción de 24,10 % ST y 33,9 % SV, mejor que la mezcla de 1 %. Por otro lado, según los resultados obtenidos del ensayo 2, se determina que la proporción...Item Evaluación del efecto de mezcla de diferentes sustratos en la respuesta de biodigestión anaerobia para varios desechos orgánicos comunes(2017) Chacón Arce, Erick MauricioEl objetivo general del proyecto fue evaluar el efecto de mezcla de diferentes sustratos en la respuesta de biodigestión anaerobia para varios desechos orgánicos comunes. En primer lugar se seleccionaron los sustratos orgánicos para las pruebas los cuales fueron cáscaras de naranja, rastrojo de piña, residuos de sandía y hojas de coliflor. Se realizó un análisis proximal de estos residuos para determinar su contenido de celulosa, hemicelulosa, lignina, azúcares reductores, carbono y nitrógeno. Posteriormente, se realizaron las pruebas de biodigestión en reactores de 500 mL, por duplicado, para cada sustrato de forma individual y a dos tiempos de retención, 25 y 40 días. Las variables de respuesta fueron la DQO, el volumen de producción y la composición del biogás, y como medida de control, se determinaron los ST, SV y valor FOS/TAC. Como variables fijas se tomaron la temperatura, el volumen de los reactores, el pH y los sólidos totales. Luego de finalizado esta etapa se determinaron las proporciones de cada sustrato a usar en la siguiente etapa donde se trabajó con la mezcla de los residuos orgánico y se realizaron las pruebas de biodigestión para un solo tiempo de retención de 40 días. Las variables, en este caso, fueron iguales a las mencionadas anteriormente. Se obtuvo que en la etapa de los sustratos individuales, los tratamientos que presentaron los mejores resultados en cuanto a productividad, contenido de CH4 en el biogás y estabilidad de acidez en el reactor, fueron el rastrojo de piña y los residuos de sandía a un TRH de 40 días. Los demás tratamientos generaron un biogás poco aprovechable debido a su baja productividad y a su bajo contenido de CH4. Para la segunda etapa, se obtuvo que el biogás producido por la mezcla 1, cuya composición es mayoritariamente rastrojo de piña y residuos de sandía, fue la de mayor contenido de CH4, siendo de un 62,5%. Luego se compararon ambas etapas, y se obtuvo...Item Evaluación de la temperatura, sólidos totales, nutrientes y tiempo de residencia en la degradación de aguas residuales originadas del despulpado de cartón reciclado con un tratamiento de biorremediación(2017) Cruz Cortés, Erika; Molina Córdoba, Manuel EnriqueEl objetivo de este proyecto es evaluar la temperatura, sólidos totales, nutrientes y tiempo de residencia en la degradación de aguas residuales originadas del despulpado de cartón reciclado con un tratamiento de biorremediación utilizando bacterias. En una primera etapa experimental utilizando un sistema ¿Batch¿, se obtuvo una constante de velocidad de degradación promedio de 0,0034 h-1, de 0,0055 h-1 y 0,0073 h-1 para temperaturas de 28°C, 35°C y 40°C respectivamente. En la segunda etapa experimental, se analizó mediante un diseño experimental 23 por duplicado la concentración de sólidos, la temperatura y la concentración de nutrientes, encontrándose que las dos últimas variables mencionadas son significativas; encontrándose que es mejor utilizar una temperatura de 35°C y una concentración de 5 ppm de la fuente de Fósforo y 5 ppm de la fuente de Nitrógeno. En una tercera etapa se realizaron tres ensayos experimentales utilizando un sistema continuo anaerobio-aerobio en serie con una carga orgánica inicial equivalente a un DQO de 3645mg/L y de 3750mg/L para el segundo y tercer ensayo. El sistema se utilizó con un tiempo de residencia de 20,83 horas y una temperatura de 35°C, en el cual se midió el DQO, el DBO (5,20°C) y la producción de biogás entre 24 y 72 h en condiciones de estado estacionario a la salida de cada uno de los reactores. Respecto al DQO se determinó una constante de degradación promedio de 0,0034 h-1 para el reactor anaerobio y de 0,0064 h-1 para el reactor aerobio y, respecto al DBO se determinó un valor para la constante de degradación promedio de 0,311 h-1. Con las variables utilizadas en los experimentos la DQO genero resultados superiores a los indicados en la normativa nacional por lo cual en siguientes experimentos se deben hacer pruebas variando el procedimiento de inoculación bacteriana, las cantidades tanto de microorganismos, nutrientes y tiempo de residencia.Item Análisis y optimización del requerimiento energético de un sistema integrado de tratamiento de residuos húmedos para la extracción de productos de alto valor comercial(2018) Mora Corrales, Luis Alonso; Bustamante Román, MauricioLa Estación Experimental Agrícola Fabio Baudrit Moreno de la Universidad de Costa Rica, ubicada en el distrito de San José, cantón central de la provincia de Alajuela, cuenta con un sistema integrado de tratamiento de residuos húmedos a partir de biodigestión anaeróbica termofílica, con el que se generan productos de alto valor comercial como biogás y fertilizante. El biogás es utilizado como fuente para generación de energía eléctrica o calórica para autoconsumo y el fertilizante es utilizado como mejorador de suelos de cultivo. El presente proyecto tiene como objetivo establecer un modelo matemático que pueda ser utilizado para simular dinámicamente el comportamiento termodinámico de un sistema de aprovechamiento de energía solar, en el Sistema Integrado de Tratamiento de Residuos Húmedos de la Estación Experimental Agrícola Fabio Baudrit Moreno, para implementar un uso eficiente de la energía en el sistema. El modelo fue validado utilizando datos de temperatura recolectados en campo durante una semana del mes de febrero de 2016. Utilizando el modelo propuesto se simuló dinámicamente la unidad de aprovechamiento de energía solar para un año completo utilizando como variables de entrada datos meteorológicos del año 2016, contemplando tres diferentes escenarios respecto a la configuración en el funcionamiento del sistema: 1) utilizando 36 m2 de colectores solares, 2) utilizando 24 m2 de colectores solares y 3) utilizando 12 m2 de colectores solares. Se determinó que un área de colección solar de 24 m2 es suficiente para mantener un digestor anaeróbico de 17 m3 ubicado en el distrito San José de Alajuela, Costa Rica, a temperaturas termofílicas (45 ºC ± 3 ºC) durante todo un año. Con esta área de colección solar el promedio anual de energía térmica recolectada es de 38 000 kJ y la energía eléctrica promedio anual consumida por el sistema es de 96,7 kW-h. El modelo propuesto en este proyecto...Item Elaboración de una propuesta para el tratamiento de residuos sólidos urbanos por procesamiento mecánico-biológico para los cantones urbanos de Heredia(2017) Álvarez Méndez, Sebastián; Mora Gómez, Bernardo HernánEl documento adjunto se desarrolló con el fin de plantear un perfil de proyecto para el tratamiento de los residuos sólidos municipales de los cantones de Heredia, San Rafael, San Isidro y San Pablo por medio de tratamiento mecánico-biológico. Esto se realizó a solicitud de la Empresa de Servicios Públicos de Heredia SA. La primera etapa del proyecto se enfocó en la cuantificación de los residuos municipales de dichos cantones y los estudios de composición. Esto se llevó a cabo con el fin de determinar el volumen de trabajo que podría tener la planta. Se implementaron conocimientos de separación mecánica, digestión anaerobia para lograr determinar la capacidad de operación de los distintos equipos que conforman la planta y así mismo determinar la capacidad instalada de la misma. Con la capacidad de material que puede recibir se efectuó una posible localización de la planta bajos diversos criterios. Se investigó posibles receptores del material valorizable y la posible tendencia de la oferta de la planta para los siguientes 10 años. Bajo este marco se logró determinar que la planta podría tener una capacidad diaria de tratamiento de 182 toneladas por día para la planta de separación mecánica y 90 toneladas por día para la parte de tratamiento biológico. Dada la falta de datos para la caracterización de la fracción orgánica de los cantones del proyecto, se estimó con base en estudios de composición que la humedad promedio podría ser de al menos 80 %. Con base en estas suposiciones se recomienda el uso de un digestor de una sola etapa y que podía operar bajo condiciones secas y húmedas dependiendo del acondicionamiento de la materia prima.Item Dimensionamiento y costeo de un reactor anaerobio de media bolsa a nivel de planta piloto para la producción de biogás a partir de aguas mieles de café(2013) Gamboa Rodríguez, Osvaldo; Chacón Valle, GerardoEl objetivo principal de este proyecto es dimensionar y determinar los costos de construcción de un reactor anaerobio de media bolsa, para evaluar la producción de biogás a partir de las aguas mieles del beneficiado del café, específicamente en la Cooperativa de Caficultores Coopetarrazú R.L., ubicada en La Zona de Los Santos, San Marcos de Tarrazú. Esta empresa actualmente desecha estos residuos en plantaciones de árboles en fincas propiedad de la misma empresa, utilizándolos como un tipo de fertilizante líquido para mejorar las condiciones de los suelos. La empresa desea evaluar la producción de biogás utilizando como sustrato las aguas mieles del café, puesto que son varias las operaciones dentro del mismo procesamiento que se verían favorecidas con el biogás que se produzca, principalmente en la operación de las calderas del beneficio, puesto que actualmente funcionan a base de leña y cascarilla, pero para ello, la cooperativa debe estar constantemente sembrando árboles en sus fincas para posteriormente utilizarlos como leña. Se piensa en utilizar el biogás para la generación de la llama dentro de las calderas y evitar así la tala de árboles innecesaria; sumado a esto se estima una remoción de un 80% en la concentración de DBO y un 85% del DQO, favoreciendo también a la disminución de la carga orgánica. El biodigestor a dimensionar posee una estructura geométrica rectangular, puesto que, lo que se hará será acondicionar una de las pilas desocupadas dentro del plantel. La fosa posee una altura de 2.46 m, largo de 4.17 m y ancho de 2.25 m. Posee además una pileta de carga y otra de descarga construidas en concreto, dos mamparas de 2.30 m de profundidad y una bolsa flexible de polietileno para el almacenaje del biogás. La alimentación diaria será de 3.3 m3/d y el tiempo de retención estimado de siete días. Se estima una generación debiogás de 8.65 m3/d, que equivalen a 12.82kWh/d, que podría ser utilizado...Item Evaluación de la producción de biogás por medio de la biodigestión anaerobia semicontinua utilizando residuos del beneficiado del café como sustrato(2015) Rojas Sossa, Juan Pablo; Solís Ramírez, Kattia de los ÁngelesCon el fin de dar un aporte a la investigación sobre la valorización de los residuos producidos en los beneficiados del café, se realizó este estudio, que observó el comportamiento de los residuos del café, en un proceso de biodigestión anaerobia semicontinua. Para ello se elaboraron dos experimentos. En el primero, se planteó como objetivo determinar el tiempo de retención hidráulica (TRH) y la temperatura de operación más adecuada. Con un TRH de 15 días y 25 días y una temperatura de 35 °C y 50 °C. Para el segundo experimento se evaluó la producción de biogás, se utilizaron diferentes proporciones de masa de los residuos del beneficiado, se aumentó el contenido de mucílago (M1 = 7,1 %; M2 = 49,9 %; M3 = 90,8 %), y se disminuyó la proporción de pulpa (M1 = 18 %; M2 = 10,2 %; M3 = 2,5 %). Luego se evaluaron los resultados experimentales con un balance de masa y energía (BME) para obtener los rendimientos energéticos del proceso por masa seca, y por fanega de café fruta. En el primer experimento se operaron, reactores piloto alimentados con una mezcla obtenida del balance de masa del beneficiado con un arreglo factorial para compararlos, siendo inoculados con un 50 % del volumen inicial del reactor. Durante 100 días, los reactores no llegaron a estabilizarse. Esta condición generó baja productividad en los reactores y una calidad de metano no aprovechable. A razón de esta experiencia, se realizó el segundo experimento, con reactores piloto por 60 días y con un tiempo de retención hidráulica de 30 días a 35 °C e inoculados con 100 % del volumen inicial, y se evaluó la producción de biogás a diferentes proporciones de masa de los residuos en las mezclas. Se observaron diferencias en la producción de gas acumulada (M1 = 10 051,5A mL; M2 = 15 778,3B mL; M3 = 19 459,3C mL) para los reactores, y aumentaron los contenidos de CH4 y la reducción de sólidos, con valores adecuados para el aprovechamiento energético. Además...