Ingeniería y Arquitectura

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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, Mauricio
La 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...
Diseño de un secador para café mediante el calentamientos del aire en dos etapas utilizando energía solar
(2015) Camacho Fonseca, Stanley; Ramírez Hernández, Oscar; De Lemos Medina, Leonora
El objetivo principal del proyecto fue diseñar un sistema de secado de café que afecte lo menos posible la calidad del grano y que partiera de energías renovables para reducir la huella ecológica y destacarse en el mercado internacional del café gourmet. El fundamento técnico fue aprovechar la energía solar disponible para aumentar la temperatura del aire de secado y reducir su humedad relativa, esto en dos etapas: primero en un colector solar de aire y luego en una cámara de secado para deshumidificar el grano de café y reducir su contenido de humedad en base húmeda desde un 53 % hasta un 12 %, valor establecido por el Instituto Costarricense del Café (ICAFE). Con el diseño de la cámara de secado se logró no maltratar el grano ni exponerlo a la contaminación del medio. Además, su velocidad de deshumidificación no se ve forzada ni acelerada. Los principales resultados fueron una disminución del 60 % del espacio requerido para secar el café en comparación con el método en patios de concreto, pasando de 322 m2 a 132 m2, y un aumento del 58 % de la disponibilidad energética para el secado (entalpía del aire), que aumentó de 62,4 kJ/kg a 98,5 kJ/kg. En el análisis económico para la viabilidad del proyecto se consideró un aumento de 60 % de la producción con un precio de venta de $225,00/quintal de café y una utilidad del 25 %, una inversión de $40 000,00 y un período de depreciación lineal de 10 años sin valor de rescate, dando como resultado una tasa interna de retorno (TIR) de 86,8 % y un valor actual neto (VAN) de $131 337,10.
Diseño, construcción y puesta en marcha de un fotoreactor solar para la producción fotocatalítica de hidrógeno
(2014) Gamboa Gamboa, Esteban,; Durán Herrera, Esteban
La presente investigación tiene como objetivo general diseñar construir y poner en marcha un fotoreactor solar para la producción fotocatalítica de hidrógeno. A partir de la investigación bibliográfica y en base a los requerimientos del equipo se seleccionó como configuración básica para el diseño del fotoreactor la de Colector Parabólico Compuesto (CPC), debido a su posibilidad de captar radiación difusa y a su sencilla adaptación para colectar los gases generados. Se determinó que el material más idóneo para confeccionar la superficie reflectora es el aluminio, debido a su buena reflectividad en los espectros ultravioleta y visible, así mismo el vidrio borosilicado es el mejor material para los tubos absorbedores, dado su bajo costo y su buena absorbancia en el espectro ultravioleta, así como en el visible. Se decidió construir un CPC no concentrador con los tubos orientados de norte a sur, a fin de captar la mayor cantidad de radiación a través del día. La construcción y puesta en marcha del equipo se llevó a cabo en el Centro de Electroquímica y Energía Química de la Universidad de Costa Rica (CELEQ). Como material para la superficie reflectora se empleó una lámina de aluminio donada por la empresa CVG ALUNASA, con un espesor de 0,05 mm. Para los tubos absorbedores se emplearon 8 tubos de vidrio Pyrex¿, con los que se disponía en el CELEQ, con un diámetro interno de 2,190 cm y una longitud de 1,22 m. Además se instaló una bomba de ½ HP (373 W). Las pruebas realizadas en el equipo muestran que todos sus elementos muestran hermeticidad y resistencia hasta una presión de 30 psia (206,85 kPa). El flujo de operación del equipo con la válvula de control de flujo completamente abierta es de 4,196 x 10-4 m3/s. Las pérdidas de radiación debido a las sombras generadas en el sitio que se colocó el equipo son de un 3,8 % anual. No se obtuvo producción alguna de hidrógeno tras probar el equipo con radiación solar...

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