Ingeniería y Arquitectura
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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 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 del potencial de gasificación térmica del rastrojo de piña en un reactor de lecho fluidizado(2019) Rojas Chaves, Floria; Torres Quirós, Cindy MaríaItem Diseño y construcción de un sistema de limpieza para un reactor de gasificación(2021) Madrigal Chaves, José Alberto; Casanova Treto, PedroPara este proyecto final de graduación se realizó el diseño y la construcción de un sistema de limpieza para un reactor de gasificación a contra flujo para tratar con la problemática de las partículas de alquitrán generadas en un gas de síntesis. La materia prima utilizada para el proceso de gasificación fueron pellets de eucalipto (Eucalyptus spp), los cuales presentaron un contenido de humedad de 15,7 %. El sistema de filtros esta compuesto por un ciclón el cual está diseñado basado en un “diseño clásico de un ciclón” desarrollado por Lapple; un intercambiador de calor helicoidal a contra flujo; un burbujeador con un distribuidor de gas modelo tipo araña y dos filtros de barrera; cada filtro y tuberías diseñadas cuenta con sus respectivos planos de construcción. El fluido utilizado en burbujeador es un biodiésel; para el caso de los filtros de barrera se utilizó como material filtrante burucha y arena sílica, debido a que son materiales fáciles de conseguir los cuales presentan buena remoción de alquitrán. Para determinar la eficacia de los filtros se realizaron mediciones de la masa de estos antes y después de cada corrida del reactor para determinar la cantidad contaminantes recolectados; además, para el intercambiador de calor se realizó un estudio para determinar el caudal óptimo del líquido refrigerante (agua), en el que la eficiencia del intercambiador es máxima sin que se desperdicie el líquido. Finalmente se realizaron cálculos para determinar las caídas de presión teórica en los diferentes filtros y tuberías.Item 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...