Ingeniería y Arquitectura
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Item Evaluación del desempeño de tres catalizadores heterogéneos basados en hierro y soportados sobre una estructura impresa en 3D, en la activación de persulfato para la degradación de cafeína en un reactor de lecho fijo(2023) Sequeira Murillo, Francisco; Serrano Mora, AdriánItem Diseño y evaluación de un soporte catalítico estructurado impreso en 3D, con aplicación en catálisis heterogénea de Fenton para la degradación de contaminantes persistentes(2019) Vindas Azofeifa, María Gabriela; Durán Herrera, EstebanItem Evaluación del efecto de las propiedades térmicas, químicas y reológicas en los asfaltenos y maltenos a causa de la oxidación del asfalto(2021) Mata Campos, Yorley Tatiana; Baldi Sevilla, AlejandraItem Determinación del comportamiento de la oxidación superficial del silicio poroso nanocristalino para su uso como posible material en sensores de contaminantes químicos(2019) Rojas Fernández, Yoselin; Ramírez Porras, ArturoEl interés en desarrollar sensores químicos rápidos y confiables de forma económica es algo que ha atraído muchos esfuerzos en la última década. Un candidato muy fuerte para esto, debido a su gran área con relación de volumen, es el silicio tratado electroquímicamente que forma silicio poroso (pSi). Este tratamiento genera nanoestructuras de silicio dentro de la matriz porosa que le proporciona excelentes cualidades de detección. Sin embargo, el principal inconveniente de este material es la rápida oxidación de su superficie que impide su uso como sensor, debido a una disminución en sus capacidades sensitivas. El objetivo de esta tesis es la determinación del comportamiento de la superficie nanocristalina de psi a través de una curva de calibración entre las alturas de los picos de óxido de silicio en la región porosa y las mediciones del ángulo de contacto. Además del uso de espectroscopía de impedancia para modelar un circuito equiva lente del proceso de oxidación. Esto se llevó a cabo mediante reflectancia total atenuada en espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR-ATR) y en el método de gota sésil de ángulo de contacto (CA) durante 249 minutos. Por otro lado, la espectroscopía de impedancia (IS) se usó en muestras en contacto con aire ambiental y se aplicó en dos tipos de muestras: unas con contactos óhmicos de plata y las otras con contactos óhmicos de oro. Los contactos de plata se secaron en una cámara de nitrógeno durante dos horas antes de comenzar las mediciones de IS y los contactos de oro se depositaron por evaporación en una cámara de alto vacío y se iniciaron de inmediato las mediciones de IS. En ambos casos se obtuvieron curvas de Nyquist después de someter esas superficies a distintas fases de oxidación y se ajustó un modelo a las curvas obtenidas utilizando elementos pasivos de circuitos como resistencias, capacitores y elementos de fase constante. Los resultados indican...Item Evaluación del desempeño del proceso de oxidación avanzada utilizando persulfatos activados con microondas en la degradación de contaminantes farmacéuticos emergentes(2019) Jimenez Camacho, Giancarlo; Durán Herrera, EstebanEn la presente investigación se estudió el proceso de oxidación avanzada utilizando persulfatos activados con microondas en la degradación de contaminantes farmacéuticos emergentes, esto con el objetivo de poder encontrar las mejores condiciones de temperatura, dosis de oxidante, pH y tiempo de reacción; además a un estudio de ecotoxicidad a partir de bioindicadores como semillas de lechuga, Daphnia Magna y ensayo Microtox. Los contaminantes emergentes elegidos como contaminantes modelo para el estudio fueron Carbamazepina, Clindamicina, Cimetidina, Sulfametoxazol, Sulfametazina, Ketoprofeno. Para encontrar las mejores condiciones se utilizó el diseño estadístico Taguchi (L9), mediante el cual se determinó que las mejores condiciones de trabajo son temperatura de 80°C, pH de 4, dosis de persulfato de 150 mg/L y tiempo de reacción de 20min. Adicional a esto en el análisis de ecotoxicidad se encontró que para la Daphnia Magna la muestra con contaminantes no resultó tóxica y al terminar el proceso de oxidación de 35 min tuvo un LC50 de 22.2 %, para el ensayo de germinación de semillas el blanco tuvo un índice de germinación (IG) de 57.4 y al terminar el proceso con el oxidante se obtuvo un IG de 88 y para el Microtox el blanco inicial mostró un efecto inverso a ser tóxico (Hormesis) y después del tratamiento se obtuvo 1.8 %. Se recomienda realizar el monitoreo de los fragmentos de los subproductos de reacción con el fin de poder asociar estos a la toxicidad generada durante el proceso.Item Implementación de metodología de envejecimiento de asfaltos mediante radiación UV(2017) Sánchez Mora, Mauricio José; Aguiar Moya, José PabloEn este proyecto se busca determinar los efectos de la radiación ultravioleta (UV) en el envejecimiento de los asfaltos. Para esto se propone una metodología que incorpore el efecto de esta radiación y de la temperatura. Los ensayos normados actuales de envejecimiento de asfaltos se basan en presión y calor, lo cual deja por fuera elementos importantes como el agua y la radiación. Es por esto que se busca comparar, desde el punto de vista mecánico y químico, la metodología propuesta con los ensayos normados. El constante uso de los pavimentos asfálticos y la condición de estos en el país justifica que se generen estudios para tener un mejor entendimiento del tema. Para cumplir con los objetivos se realizó una revisión bibliográfica de los temas asociados como envejecimiento, radiación y normativas actuales. Se obtuvieron datos de radiación global del Instituto Meteorológico Nacional (IMN), los cuales mediante proporciones encontradas en la literatura se pasaron a radiación UV. Se implementó la cámara de radiación UV y temperatura desarrollada en el LanammeUCR, la cual cuenta con cuatro lámparas de radiación UV-A y regulación de temperatura. Se sometieron muestras de 1 mm y 2 mm de espesor al horno mencionado y se ensayaron posteriormente para la comparación de metodologías. Se usaron los ensayos de barrido de frecuencia y temperatura y ensayo de barrido de amplitud lineal mediante el reómetro de corte dinámico, para medir las propiedades mecánicas de las muestras. Por su parte se usó el ensayo de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier para observar indicadores de oxidación en las muestras. A partir de los resultados obtenidos se observó que las muestras presentan un aumento de los grupos carbonilo, sulfóxidos e hidroxilos en la cara superior expuesta a la radiación. Todos estos grupos químicos son indicadores de oxidación y superan los valores ...Item Caracterización de arena impregnada con dióxido de titanio (TiO2) como catalizador heterogéneo en el proceso de ozonización de aguas contaminadas con Naproxeno, Ketoprofeno y Cimetidina(2019) Sáenz Roblero, Bryan; Durán Herrera, EstebanEl objetivo principal del presente proyecto fue la caracterización de un catalizador heterogéneo de arena volcánica impregnada con TiO2 para el proceso de ozonización catalítica en la degradación de Naproxeno, Ketoprofeno y Cimetidina. Se estudió el efecto de 4 factores: pH inicial, porcentaje de TiO2 en la preparación del catalizador, concentración de catalizador suspendido, y concentración de ozono alimentado. Además, se evaluó la capacidad de reutilización del catalizador en 4 ciclos de reúso a las mismas condiciones. Finalmente, se realizaron pruebas para caracterizar el catalizador a través de una Difracción de Rayos X (XRD), Espectrometría de Rayos X, y Microscopia de Barrido Electrónico (SEM). En la determinación del efecto del pH inicial en el proceso de ozonización no catalítica, se obtuvo a qué a medida el pH inicial de reacción aumentaba, la degradación promedio de los contaminantes también lo hacía. Por lo cual se concluyó que el pH inicial de 10 fue el que presentó un mejor desempeño, logrando una degradación promedio de 94.18 % de Ketoprofeno, y una degradación promedio total de 98.47 % en 10 minutos. Por otro lado, en el proceso de ozonización catalítica, se determinó que el mejor pH inicial fue el de 7 pues obtuvo un 97.14 % de degradación promedio de Ketoprofeno y una degradación promedio total de 98.463 en 10 minutos. Se comprobó que usando 0 % de TiO2 en la preparación del catalizador tuvo una mayor degradación promedio de Ketoprofeno (72.54 %) y promedio total (90.74 %) en comparación a los catalizadores de 2.5 % de TiO2 (66.34 % y 89.43 %) y 5 % de TiO2 (30. 85 % y 85.21 %) en 30 minutos de reacción. Por otra parte, se constató que utilizando 1.0 g/L de catalizador suspendido, se obtiene una mayor degradación promedio de Ketoprofeno (72.54 %) y promedio total (90.74 %) comparándolo con 0.5 g/L (51.19 % y 86.41 %) y 2.0 g/L (40.17 % y 80.01%) de catalizador suspendido en 30 min de reacción...Item Evaluación del desempeño de un catalizador heterogéneo compuesto por TiO2-diatomita que integra los procesos de oxidación avanzada de fenton, fotocatálisis y UV/H2O2 en la degradación de cafeína como contaminante modelo en agua(2016) Vargas López, Víctor Daniel; Durán Herrera, EstebanEl presente proyecto de investigación tuvo como objetivo principal la evaluación del desempeño de un catalizador de diatomita modificado con TiO2 que integró los procesos de oxidación avanzada de Fenton, fotocatálisis y UV/H2O2 en la degradación de cafeína como contaminante modelo. Se evaluó la diatomita tanto como catalizador heterogéneo así como soporte para catalizador. Inicialmente se trabajó con tres grupos de catalizadores, en los cuales se evaluó por separado la contribución de cada proceso involucrado. De esta forma se obtuvieron diferentes catalizadores heterogéneos, siendo el de mayor interés el catalizador propuesto, que integró los tres procesos de oxidación avanzada antes mencionados, compuesto de hierro, cobre y TiO2 soportados sobre diatomita. El catalizador en cuestión se caracterizó mediante diversas técnicas: se le realizó un estudio de adsorción, análisis de difracción de rayos-X (XRD), espectroscopía de plasma acoplada inductivamente (ICP), espectroscopía infrarroja (FTIR), micrografías SEM y análisis EDX. Además, se analizó el consumo de H2O2 por parte del catalizador y se determinó su punto de carga cero (PCC). Por último, se estudió su capacidad de reutilización y filtración tras varios ciclos de uso. Se determinó que el procedimiento de impregnación no modificó la estructura de la diatomita utilizada. Cada uno de los sustratos modificados a partir de diatomita se estudiaron a diferentes condiciones de operación, de acuerdo a lo requerido por cada proceso realizado. Los catalizadores impregnados con los metales hierro y cobre fueron examinados a condiciones del proceso de Fenton heterogéneo; los catalizadores impregnados con TiO2 se analizaron bajo condiciones de fotocatálisis; y el catalizador propuesto se analizó integrando cada uno de los procesos anteriormente mencionados. Además, se empleó el catalizador propuesto y se aplicó la metodología Taguchi para realizar un diseño...Item Evaluación del efecto del pretratamiento mediante ozonación catalítica heterogénea sobre la producción fermentativa de hidrógeno, utilizando lixiviados de relleno sanitario como sustrato(2016) Mora Medina, Fausto Antonio; Durán Herrera, EstebanEste proyecto de investigación surgió como una oportunidad para acoplar los procesos de oxidación avanzada a los procesos fermentativos que puede experimentar un lixiviado de relleno sanitario, de modo que este residuo pudiera ser aprovechado para la producción de hidrógeno y su consecuente generación de energía limpia. El objetivo principal de este proyecto consistió en evaluar si un pretratamiento, a base de ozonación catalítica, puede mejorar significativamente la producción fermentativa de hidrógeno a partir de lixiviados de relleno sanitario y determinar si este sustrato es viable como fuente potencial de biohidrógeno para la industria. El proyecto se dividió en dos etapas fundamentales que están vinculadas entre sí: primero, cuantificar los cambios de DQO y DBO ocasionados por la ozonación de los lixiviados, como forma de evaluar la eficiencia del proceso ozonativo; segundo, cuantificar la producción fermentativa total de hidrógeno alcanzada con las corridas pretratadas y comparar su rendimiento con el obtenido a partir de los lixiviados iniciales. Para analizar los resultados, se propuso un diseño estadístico de Taguchi que permitiera estudiar cuatro variables que poseen tres niveles cada una. Las variables definidas fueron la dosis de ozono aplicada (expresada como tiempo de reacción), el pH inicial de las muestras, el tipo de catalizador utilizado (diatomita impregnada con metales) y el tipo de lixiviado a tratar. Las combinaciones de variables para cada corrida experimental se detallaron en los Cuadros 6.3 y 6.4. Además, se emplearon lodos anaerobios provenientes de un reactor UASB como inóculo para llevar a cabo las fermentaciones. La mayor reducción promedio de DQO correspondió a 29,12%, obtenida a partir de la corrida 1 (condiciones del diseño Taguchi: 15 minutos de ozonación, pH de 4, catalizador de diatomita impregnada con hierro y lixiviado de Celda 1), con una eficiencia de utilización de ozono de 0,156 mg...Item Caracterización de la operación de un reactor de lecho percolador para su uso en el tratamiento de aguas residuales mediante ozonación catalítica heterogénea(2015) Briceño Mena, Luis Alejandro,; Durán Herrera, EstebanLa presente investigación tuvo como objetivo principal la caracterización de la operación de un rector de lecho pcrcolador para su uso en el tratamiento de aguas residuales mediante ozonación catalítica heterogénea. Se estudió la operación de un sistema experimental de reacción conceptualizado, montado y operado en el Laboratorio de la Escuela de Ingeniería Química, y el comportamiento del sistema utilizando dos catalizadores diferentes sintetizados en el Laboratorio de la Escuela de Ingeniería Química. Los catalizadores sintetizados fueron: pellets de diatomita impregnada con óxido de hierro (II) (denominado CPFe) y esferas de vidrio impregnadas con óxidos de hierro (II) (denominado CBFe). Se construyeron los mapas de regímenes de flujo (percolador y pulsante) para todo el ámbito de operación del reactor, y se estudió la frecuencia de los pulsos para diferentes flujos de gas y de líquido, la cual presentó una relación lineal con el flujo de gas a través del reactor. Se realizó un análisis de distribución de tiempos de residencia para caracterizar el desempeño fluido-dinámico del reactor para diferentes diámetros de columna del reactor y cada uno de los catalizadores. Además, se ajustaron los datos experimentales a dos modelos de distribución de tiempos de residencia con un parámetro ajustable: el modelo de dispersión axial o ADM (parámetro ajustable Pe, número de Péclet), y el modelo den tanques agitados en serie o N-CSTR (parámetro ajustable N). Los valores obtenidos paro Pe de entre 24 y 58, y para N de entre 8 y 19 , mostraron que a las condiciones de flujo y configuraciones geométricas estudiadas el patrón de flujo tipo tapón es el predominante, lo cual representa una baja dispersión axial y un uso eficiente del catalizador. La caracterización del desempeño del reactor para la descontaminación de aguas residuales mediante ozonación catalítica heterogénea se llevó a cabo utilizando fenol...