Ingeniería química

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Producción y Caracterización de Vesículas Estabilizadas con Nanohidroxiapatita Ensambladas por medio de la Técnica de Microfluidos
(2023-06-08) Angulo Gutiérrez, Rayman; Montero Villalobos, Mavis Lili
En esta investigación se produjeron y caracterizaron vesículas de nanopartículas de hidroxiapatita funcionalizadas con ácido graso (nano HAp-FA), utilizando la técnica de microfluidos. Primero se funcionalizaron las nanopartículas de HAp con ácido graso y se caracterizaron por medio de difracción de rayos X (XRD), espectroscopia infrarroja (FTIR), análisis termogravimétrico (TGA), ángulo de contacto, microscopia electrónica de transmisión (TEM) y microscopia de fluorescencia. Posteriormente, se preparó una suspensión coloidal de nanopartículas de HAp-FA en isopropanol (IPA) y esta suspensión se inyecto a un chip de PDMS con canales micrométricos, utilizando diferentes flujos de fase acuosa y de 2-propanol, utilizando bombeo por medio de presión. Se logro observar la formación de un patrón de flujo laminar de tipo enfoque de flujo donde la suspensión coloidal ocupa el canal central y la fase continua, el agua, los canales laterales, tal como en otros trabajos. Las vesículas obtenidas presentan potencial como sistema de liberación controlada de fármacos (DDS).
Producción de biocombustibles en Costa Rica utilizando licuefacción hidrotérmica de biomasa: estimación preliminar de su potencial y huella de carbono
(2023) Solórzano Jiménez, Susana; Montero Rambla, Natalia; Roccard Pommera, Jessica; Durán Herrera, Esteban
El objetivo de esta investigación fue estimar el potencial de producción de biocombustibles a partir de la licuefacción hidrotérmica (LHT) de residuos biomásicos en Costa Rica y su respectiva huella de carbono. Para ello se estimó el potencial de generación de residuos de biomasa que pueden ser aprovechados para la producción de biocombustibles mediante el proceso de LHT utilizando informes de diferentes instituciones como el Ministerio de Agricultura y Ganadería, la Cámara de Avicultores, Acueductos y Alcantarillados, entre otros. Posteriormente, mediante modelos matemáticos que predicen el rendimiento de biocrudo según el tipo de biomasa utilizado, se estimó el potencial de la posible producción de biocrudo y su respectivo mejoramiento a biodiésel y sus co- productos (biogasolina y biobúnker). Estos datos se compararon con el consumo actual de combustibles en Costa Rica. Por último, se calculó la huella de carbono del proceso de producción de estos biocombustibles utilizando la norma ISO 14067. Se obtuvo que Costa Rica posee, bajo las suposiciones de este estudio, un potencial de producción de biocrudo, biodiésel, biogasolina y biobúnker de 1 383 299 ton/año, 635 788 ton/año, 295 336 ton/año y 70 140 ton/año, respectivamente. Así mismo, se estimó que las huellas de carbono asociadas a la producción de biodiésel, biogasolina y biobúnker son 14,57 gCO2eq/MJ, 13,88 gCO2eq/MJ y 13,33 gCO2eq/MJ, respectivamente. Se concluyó, bajo las suposiciones de este estudio, que en Costa Rica existe un potencial de reemplazo de combustibles fósiles del 71 %, 43 % y 76 % para biodiésel, biogasolina y biobúnker, respectivamente. También, se estimó que por medio de esta tecnología (LHT) se podría reducir un 18 %, 36 % y 6 % la huella de carbono al utilizar biodiésel, biogasolina y biobunker, respectivamente, en lugar de sus correspondientes combustibles fósiles.
Valorización de residuos de parafinas provenientes de la pirólisis de plásticos por craqueo catalítico
(2020-03-25) Solís Herrera, José Ignacio; Miranda Morales, Bárbara Cristina; Davis Barquero, Alexander; Jiménez Rivera, German
En esta investigación se estudió el efecto del tipo de catalizador, la temperatura de reacción y la relación másica catalizador/parafinas en la conversión de parafinas provenientes de residuos de pirólisis de plásticos, a través de craqueo catalítico. Se seleccionaron como catalizadores la Zeolita Y y la Zeolita ZSM-5, las relaciones másicas catalizador/parafina de 0.4:1 y 0.20:1, y las temperaturas de reacción de 400˚C y 440˚C. La reacción de craqueo de las parafinas se llevó a cabo en un reactor de lecho fijo. Por medio de análisis estadístico se determinó que el tipo de catalizador presenta el efecto más significativo al obtener un rendimiento promedio de 27.43% utilizando la Zeolita ZSM-5, en contraste con la Zeolita Y se obtuvo un 13.10%. Se determinó que se obtiene 1.2% más de rendimiento al utilizar la temperatura de 400˚C respecto a la de 440°C. La relación másica catalizador/parafina no afecta de manera significativa el rendimiento. Según los análisis por cromatografía de gases, se esperaría que de este producto líquido obtenido se puedan obtener productos similares al diésel, combustible de aviación Jet A-1 y gasolina regular.
Evaluación de factores que pueden influir en el proceso de sacarificación-fermentación simultáneas para la producción de etanol a partir de materiales amiláceos
(2015) Miranda Morales, Bárbara Cristina; Molina Córdoba, Manuel Enrique
El objetivo general de esta investigación fue evaluar la posibilidad de realizar las etapas de sacarificación de almidón y fermentación de azúcares de manera simultánea, con el fin de reducir el tiempo del proceso global de producción de etanol a partir de materiales amiláceos. Para ello se estudiaron factores tales como: tipo y concentración de almidón, concentración de etanol, tiempo y temperatura de sacarificación, presencia de etanol y nutrientes (K2HPO4, MgSO4• 7H2O, NH4NO3 y peptona) durante la etapa de hidrólisis del almidón, temperatura de fermentación. Se encontró que el tipo de almidón y su concentración, no afecta significativamente el rendimiento de azúcares reductores. Además, que la presencia de etanol en concentraciones de 0 % v/v hasta 12 % v/v no afecta la actividad de la enzima AMG durante la sacarificación a temperaturas de 60 ºC y 32 ºC. El tiempo de sacarificación empleado, sí afecta significativamente el rendimiento de azúcares reductores. La presencia de nutrientes en concentraciones usuales para una fermentación, no afecta la actividad de la enzima AMG durante la hidrólisis del almidón. Según los resultados de esta investigación, se concluyó que para aumentar el rendimiento de azúcares reductores, la mejor combinación de niveles es una temperatura de sacarificación de 60 °C y un tiempo sacarificación de 2 h. Además, que las etapas de sacarificación y fermentación pueden realizarse de forma simultánea aún cuando se opere a 32 °C. Los resultados de concentración de etanol obtenidos son comparables con valores de concentración de (6,0 a 7,5) % v/v usuales en la industria.
Evaluación del efecto del pretratamiento del rastrojo de piña, para la producción de hidrógeno vía reformado en fase acuosa (APR)
(2021-02-18) Jaikel Víquez, Jimena; Ulate Brenes, Adolfo Mauricio
La finalidad de este proyecto fue evaluar el uso del producto del tratamiento de material lignocelulósico del rastrojo de piña, para la producción de azúcares, como sustrato en la reacción de reformado en fase acuosa (APR); con el fin de producir hidrógeno utilizando un catalizador de níquel soportado en alúmina. Se realizó la caracterización del rastrojo de piña utilizado (MD2). Se trabajó con un diseño estadística factorial 23, para realizar el estuio de la hidrólisis del rastrojo, con el fin de estudiar el efecto de la concentración de ácido sulfúrico diluido (1 %m/m y 3%m/m), de la temperatura (100 °C y 140 °C) y de la relación sólido-líquido (1:6 g/mL y 1:9 g/mL). En el proceso de reformado en fase acuosa (APR), se definió un 5 % de masa de catalizador con respecto a la masa de glucosa en la mezcla de reacción obtenida de la hidrólisis ácida. Se establece una temperatura de reacción de 473.15 K y un tiempo de reacción de 2 horas, variando el porcentaje de níquel en el catalizador. Se utilizan como niveles en el porcentaje de níquel 5%, 20% y 35 % soportado en alúmina comercial. Se encuentra que la tasa de producción de hidrógeno máxima fue de 221 mmol gcat-1 h-1, existiendo diferencia estadística entre el catalizador con 35 % de níquel utilizadas.
Evaluación del desempeño de un catalizador de níquel/alúmina en distintas condiciones de operación para la producción de hidrógeno mediante reformado de metanol en fase acuosa (APR)
(2019-12-17) Cartín Muñoz, Felipe; Ulate Brenes, Adolfo Mauricio
El objetivo del proyecto de investigación fue determinar el efecto de la temperatura, concentración de metanol y cantidad de catalizador en la tasa de producción de hidrógeno por medio de un proceso de reformado en fase acuosa, utilizando un catalizador de níquel soportado en alúmina comercial. El catalizador se sintetizó utilizando el método de impregnación insipiente, se calcinó y se redujo utilizando una corriente al 5 % de hidrógeno, con un flujo de 250x10-3 l·min-1, a 723.15 K (450 °C) por un periodo de 4 h. El catalizador sintetizado se caracterizó y se determinó el área superficial, cristalinidad, composición, así como se realizaron micrografías para comprobar su morfología. Para el estudio del efecto de las variables en la taza de producción de hidrógeno se realizó un diseño experimental Taguchi L8, con tres variables y dos niveles: temperatura 473.15 K y 498.15 K, concentración de metanol 2% v/v y 6% v/v; y cantidad de catalizador 2,5 % m/m y 5 % m/m. Se encontró que el catalizador utilizado presenta un área de 88 m2/g, con poca cristalinidad, considerándose amorfo, con un porcentaje de níquel cercano al 3 %, como se estableció. Con respecto al diseño estadístico se comprobó que solo la temperatura es significativa en la taza de producción de hidrógeno y que es mejor trabajar a 498.15 K, mientras que la concentración de metanol o cantidad de catalizador no son significativas.
Uso del hidrocarbón generado en la carbonización hidrotérmica de desechos de café como catalizador para la remoción de contaminantes emergentes mediante ozonización catalítica
(2022) Ramírez Madriz, Fabiola; Durán Herrera, Esteban
En el presente trabajo de investigación se evaluó el uso del hidrocarbón generado en la carbonización hidrotérmica de desechos de café como catalizador para la remoción de contaminantes emergentes mediante ozonización catalítica heterogénea; con el objetivo de buscar una forma de mejorar los procesos de oxidación avanzada aprovechando residuos biomásicos lignocelulósicos de la industria cafetalera. El rendimiento del proceso de generación de hidrocarbón fue del 47 %, con un tamaño de partícula entre los (75 – 300) µm. Este fue modificado con hidróxido de sodio e hierro para valorar su uso como catalizador en los procesos de ozonización. Los materiales fueron caracterizados utilizando análisis elemental, termogravimetría, infrarrojo por espectroscopia de transformada de Fourier, fluorescencia de rayos x y el punto de carga cero. Para encontrar las mejores condiciones para la remoción del contaminante emergente modelo seleccionado (ácido rojo 1) los tres hidrocarbones (sin modificar, modificado con hidróxido de sodio y el modificado con hierro) fueron evaluados mediante un diseño experimental Taguchi L9. El tiempo de ozonización, tipo de catalizador, concentración del catalizador y pH del medio de reacción fueron los factores estudiados. Los resultados indican que, en un tiempo de 10 minutos, con el hidrocarbón sin modificar a una concentración de 0,25 g/L y a un pH alrededor de 10, se consiguieron las mayores remociones del contaminante modelo. Al ensayarlas se alcanzó remociones del 100 % del contaminante modelo. No obstante, se obtuvieron los mismos resultados cuando se realizó la ozonización convencional, probablemente por el aporte de compuesto orgánicos que se lixivian del propio hidrocarbón. Utilizando una matriz de aguas residuales, se logró una remoción del 98 % para ambos procesos de ozonización (convencional y heterogénea). La menor remoción, respecto a la matriz de agua sintética, se debe a la composición de la matriz y la posibilidad de la presencia de compuestos que actúan como inhibidores. A las muestras de aguas residuales se les determinó el carbono orgánico total. Los resultados evidencian un incremento para las muestras tratadas con el hidrocarbón y una disminución en los ensayos realizados sin este. Los aumentos se relacionan a los compuestos orgánicos que se lixivian del catalizador.
Estudio de prefactibilidad técnica y financiera para la implementación de un sistema integrado de fertirriego, abonado por biochar, con uso de energía solar y control automático, para productores de regiones rurales de Costa Rica en una zona de estudio
(2022) Quesada Solís, Ana Elena; Richmond Salazar, Esteban
Esta práctica tuvo como objetivo diseñar y realizar un análisis financiero a un sistema de fertirriego abonado con biochar, con control automático e impulsado por energía solar para sostener la producción de cultivos, específicamente culantro, en un invernadero de un productor pequeño en la zona de Santiago, San Ramón. El proyecto conlleva varias etapas de diseño, por lo que se inició determinando las características generales del volumen de control. Para esto se buscaron las condiciones ambientales de la zona (como radiación, pluviometría, temperaturas, etc.), se realizó un estudio de suelos, tanto químico como físico, se buscó de forma teórica los aspectos generales del culantro, la legislación respectiva y el acomodo preliminar de los cultivos en el terreno. Posterior a esto se realizó la investigación para caracterizar de forma teórica el biochar que se obtendría en el proceso y así analizar su impacto en el suelo y cultivo. Conociendo los aspectos generales de trabajo para el carbonizador, como es el uso de leña y la elección de un proceso de carbonización, se dimensionó el carbonizador, teniendo un altura y un diámetro de 0.97 m y 75.5 cm. Este se planteó construir a partir de acero y hierro. Y para la obtención de la totalidad de biochar se deben realizar tres tandas de producción, obteniendo una totalidad de aproximadamente de 65 kg de biochar. A partir de las necesidades hídricas y nutricionales del cultivo, las características del biochar y las condiciones del suelo se realizó un modelado del volumen de control en MATLAB. Con esto se obtuvo una curva de concentración de cada nutriente (N, K, Mg, S y Ca) y un comportamiento de la humedad en el suelo. En el primero se observó un incremento de los nutrientes en el suelo, lo que confirma, de forma teórica, que se nutre sin deficiencia al cultivo. Pero se realizó un análisis químico al biol, y con las concentraciones nutricionales experimentales, el modelado presentó de la misma forma un incremento de los nutrientes, a diferencia del nitrógeno, que se debe suplir al volumen de control. Y en el segundo se obtiene los requerimientos hídricos diarios para los ciclos del cultivo a lo largo del año, identificando la mayor necesidad, de 0.44 m3/d, el valor con el que se diseña el sistema hidráulico. Para el diseño del sistema hidráulico se determinaron todos los equipos y dimensiones de tubería. El sistema involucra el tanque de almacenamiento, la bomba, dos filtros (uno de arena y otro de discos), una etapa de inyección de fertilizantes y demás accesorios. Conociendo los datos generales de cada equipo se calcularon las pérdidas de carga totales, siendo de 7.36 m, y con esto se calculó la potencia necesaria para impulsar el sistema, de 9.43 W. Para el sistema de control automático se generó un algoritmo que se adapta a las necesidades del cultivo y del productor. Se diseñó un sistema con sensores de humedad en cada sección de riego y un sensor de nivel en el tanque de almacenamiento, que mediante un controlador acciona la bomba y las electroválvulas, tanto de las secciones de riego como del tanque. Esto se diseñó para ≈ 2 h de riego al día, siendo previsto para la tarde. A partir de los equipos del sistema de control automático y la bomba se detalla el requerimiento energético del sistema, de 18.2 Wh/d, con un voltaje de 24 V. Con este valor y la irradiancia de la zona se diseñó un módulo de un panel solar de 115 W, con un regulador de carga y dos baterías en serie. Finalmente, conociendo los detalles de todo el sistema se realizó el análisis financiero. Para este caso, se desarrolló un estudio clase II, con un horizonte de tiempo de cinco años. Primero se cotizaron todos los equipos, después se realizó el desglose de costos indirectos y directos y finalmente se construyó el flujo de caja. Para este sistema se decidió plantear tres escenarios de estudio: el sistema completo, el sistema impulsado por energía eléctrica (cableado) y el sistema sin carbonizador. En los tres casos se obtuvo una rentabilidad mayor al escenario base, siendo el escenario más rentable el segundo, seguido del primer y el tercero, con un VAN de (2 108 107, 1 877 875 y 1 813 346) CRC respectivamente. Asimismo se realizó un análisis de sensibilidad para el primer caso, donde se obtuvo un gran impacto al variar el rendimiento y el precio del culantro, y el costo de la mano de obra. Se concluye que cualquiera de los tres escenarios planteados son favorecedores contra el escenario base (cultivo actual). El escenario más rentable es el sistema completo impulsado por energía eléctrica mediante la extensión de la instalación, obteniendo un VAN mayor. Asimismo se resalta el beneficio del uso del carbonizador, resultando un VAN un poco mayor en el caso en el que se aplica biochar, y es posible aumentar su rendimiento si se obtiene un precio de construcción menor. Se recomienda recopilar información sobre absorción de nutrientes y requerimiento hídrico de otros cultivos para evaluar el modelo en el programa MATLAB, e identificar posibles variaciones del diseño. Asimismo, se recomienda realizar una caracterización adecuada al biochar para determinar diferencias con los valores teóricos y comportamiento real en el sistema. Y finalmente se recomienda realizar un análisis foliar el culantro en distintas etapas del desarrollo, esto para determinar deficiencias o exceso de nutrientes en su producción
Cellulose Nanofiber Production from Banana Rachis
(2020) Jirón García, Eddy Gabriel; Rodríguez Mora, Karina María; Bernal Samaniego, Cesar Augusto
Rachis of banana with a33,5±1,2% of cellulose and 15,6±1,1% of lignin was usedas raw material for obtaining cellulose nanofibers by combining chemical and mechanical rupture treatment. The nanocellulose obtained was characterized by infrared spectroscopy, thermal gravimetric analysis, scanning electronic microscopy and transmission electronic microscopy. It is concluded that the chemical treatment removed 51,99% of total lignin, and cellulose fibers with 20-50 μm of diameter were obtained.Besides, the nanofiber obtained after the mechanic rupture had a size of 10-15 nm and a crystallinity index of 64,32%.
Estudio de dispersiones de un sistema de sistema de parafina-agua-surfactante
(2019) Bernal Samaniego, Cesar Augusto; Rodríguez Mora, Karina María
Se estudió el sistema de parafina-aceite-surfactante con la finalidad de obtener emulsiones que tuvieran la capacidad de ser autodispersables en agua y se realizaran con un método de mezclado de baja energía. Se realizó un primer barrido de formulación con diferentes surfactantes de la línea tween y span, así como las mezclas de los mismos, para la obtención de emulsiones de tipo W/O (agua en aceite, por sus siglas en inglés). Seguidamente se realizó un segundo barrido de formulación variando el HLB y/o ligeramente el porcentaje de surfactante o el agua empleadas. Posteriormente, se estudió el tamaño de gota y la estabilidad, demostrando que en los sistemas estudiados se obtienen emulsiones más estables con altas cantidades de surfactante y un HLB de 8.
Extracción de fenol de aguas de residuo utilizando aceite de canola como disolvente orgánico en un proceso de membrana líquida
(2019) Jirón García, Eddy Gabriel; Guzmán Ramírez, Yosellyn; Hernández Solís, Verónica; Bermúdez Rodríguez, Mary Cruz; Bernal Samaniego, Cesar Augusto; Rodríguez Mora, Karina María
Se estudió la extracción de fenol de una disolución simulada utilizando una emulsión de membrana líquida (EML) y un diseño factorial para encontrar las mejores condiciones de operación. Se usó span 80 como surfactante, NaOH como agente atrapante y tres tipos de fase oleosa: aceite de canola, mezcla aceite de canola/octano y mezcla aceite de canola/parafina. El estudio de las emulsiones simples dio como resultado que las emulsiones más estables fueron: aceite de canola y la mezcla aceite de canola/parafina. Estas son estables por 2 días, mientras que las emulsiones de aceite de canola/octano no son estables, estas se separan. La extracción máxima fue de 77,8 mg/L utilizando la mezcla aceite de canola/parafina y 75,9 mg/L utilizando únicamente aceite de canola como fase oleosa, logrando porcentajes de extracción de 61,1% y 59,6% respectivamente. Como resultado del diseño factorial ninguno de los efectos e interacciones fue significativo, esto se atribuye a la saturación del agente atrapante.
Evaluación de la tensión elástica de papel elaborado a partir de residuos orgánicos
(2018) Altamirano Chaves, Kevin Roberto; Adden Pinnock, Kimberly; Cabraca Vargas, Joseph; Mora Salazar, Luis Diego; Briones Elizondo, Jorbri; Rodríguez Mora, Karina María
En este estudio se pretende establecer la capacidad de los residuos provenientes de la industria de la caña y de la palma para la fabricación de papel, con el fin de obtener una fuente de celulosa auxiliar a la fuente primaria, que en la actualidad es la madera. Se logró demostrar que el papel fabricado con la celulosa obtenida del raquis de palma africana y el bagazo de caña posee una fuerza de tensión igual. El proceso de obtención de la celulosa se realizó mediante la reducción de la lignina con un tratamiento de Ácido Nítrico con Etanol y la reducción de la hemicelulosa con un tratamiento de hidróxido de sodio
Análisis numérico del comportamiento hidrodinámico y térmico de un nanofluido Al₂O₃-H₂O en el régimen de transición
(2021) Torrentes Espinoza, Gerald; Miranda Morales, Bárbara Cristina
Los nanofluidos son mezclas homogéneas de sólidos y líquidos en donde las partículas sólidas tienen un tamaño menor a 100 nm. En los últimos años, la necesidad de alcanzar mejores resultados a través de minimizar pérdidas y aumentar el desempeño de nuevos métodos, ha conducido a una situación en la que muchos grupos de investigación han descubierto el beneficio de la nanotecnología en sus respectivos campos de estudio. La transferencia de calor no es la excepción, ya que los fluidos de refrigeración tradicionales como el agua, aceites o etilenglicol presentan limitaciones con respecto a incrementar la capacidad de transferencia de calor. Los valores de estos líquidos tienen propiedades termofísicas relativamente constantes, así que la única forma de mejorar sus prestaciones térmicas es a través del equipo, al aumentar el área de transferencia de calor o los flujos de refrigerantes. Si bien esta solución implica un potencial de transferencia de calor más alto, no mejora la eficiencia del proceso. Aquí es donde la nanotecnología aparece como una opción por considerar con el fin de analizar las posibilidades que ofrece para cubrir las demandas de transferencia de calor a escala industrial. Se estudió numéricamente, mediante el método de volúmenes finitos, el efecto de las concentraciones volumétricas de 1 %, 3 % y 5 %, diámetros de nanopartículas de 10 nm, 20 nm, 30 nm y 40 nm y alturas de rugosidad de 0,300 mm, 0,500 mm y 0,700 mm para números de Reynolds entre 2 300 y 10 000 sobre el rendimiento de transferencia de calor en un flujo de convección forzada de un nanofluido de Al2O3-agua en una sección de tubería circular con orientación horizontal y un flujo de calor uniforme en la pared, aplicando un modelo monofásico y un modelo de mezcla multifase Euleriano-Euleriano. Los resultados obtenidos muestran que la combinación de nanopartículas de menor tamaño y altas concentraciones de las nanopartículas ofrecen una tasa de transferencia de calor más alta en el régimen de flujo de transición y que la entropía total se minimiza, en ambos modelos, con un número de Reynolds de aproximadamente 6 000 para diferentes rugosidades. Los resultados del número de Nusselt promedio del nanofluido mostraron ser siempre más altos en comparación con el agua para diferentes diámetros y concentraciones de nanopartículas. Se destaca una diferencia insignificante entre los resultados obtenidos usando el modelo monofásico y el multifásico Euleriano-Euleriano, lo que indica que el modelo monofásico todavía se puede aplicar en aplicaciones prácticas.
Gasificación catalítica de pulpa de café: desarrollo y caracterización de catalizador, modelado cinético
(2020-12-04) Torres Quirós, Cindy; de Lasa Aramburu, Hugo
El sector agropecuario en Costa Rica conforma una importante parte del Producto Interno Bruto del país. El cambio climático y las nuevas políticas en torno a la descarbonización de la economía, demandan estrategias y procesos productivos más eficientes, resilientes, así como sostenibles. Por tanto, el presente trabajo de investigación aborda aspectos relacionados al avance del conocimiento de la ingeniería de las reacciones para la conversión de pulpa de café utilizando procesos de gasificación para la generación de gas de síntesis, así como el tratamiento de los alquitranes que se forman producto de su termoconversión. Se estructuró en tres secciones: a) análisis y modelo termodinámico, b) propuesta, elaboración y caracterización de catalizador para tratamiento de alquitranes, y c) modelado cinético. En relación con el análisis termodinámico se estudió el sistema considerando un modelo en el equilibrio y se validó experimentalmente. Como principal resultado, se desarrolló una metodología numérica para incluir al biochar dentro del análisis termodinámico y para el reactor de lecho descendente, se determinaron dos zonas de equilibrio, heterogénea y una homogénea. Esto permite no sólo predecir satisfactoriamente la composición del gas de síntesis obtenido, sino también la masa de biochar, y constituye una herramienta para escalar este tipo de procesos con un error relativo menor al 13%. Seguidamente, se desarrolló una propuesta de catalizador con baja toxicidad, alta área superficial y fluidizable. Se utilizó γ-alúmina como soporte, 10 % de CaO como promotor, así como 4 % de hierro reducido parcialmente como fase activa. Se caracterizó el material utilizando diferentes técnicas analíticas adecuadas, mostrando interesantes ventajas en la reducción de la acidez fuerte del soporte y el hierro como catalizador. Así mismo, el desempeño de dicho catalizador se evaluó en un reactor prototipo de lecho fluidizado para establecer la efectividad en el craqueo de alquitranes. Los resultados obtenidos confirman el alto rendimiento del catalizador desarrollado, con una conversión del 2-metoxi-4-metilfenol (MC) cercana al 100% y con selectividades de hasta el 98,6 % en fase gaseosa para especies que contienen carbono de bajo peso molecular, a 500 °C, con un tiempo de reacción de 7,5 s y 1,5 g de vapor / g de MC. Así mismo, se desarrolló el modelo cinético térmico y catalítico para el craqueo con vapor de un modelo compuesto de lignina (MC). Se realizaron experiencias a tres temperaturas (500 °C, 535 °C y 550 °C) y dos razones de vapor/biomasa (1 y 1.5). Se propuso el mecanismo de reacción, el conjunto de reacciones potencialmente involucradas, las expresiones de velocidad de reacción, y se determinaron los parámetros cinéticos intrínsecos asociados a cada reacción, así también su intervalo de confianza. Se realizó la validación del modelo utilizando un set independiente de resultados experimentales y se concluye que las predicciones describen satisfactoriamente las observaciones experimentales. Finalmente, se puede concluir que los objetivos planteados en el presente trabajo de investigación fueron alcanzados satisfactoriamente, generando conocimiento cuya divulgación se ha llevado a cabo en revistas arbitradas y ponencias en actividades académicas de primer nivel. Esto potencia el desarrollo tecnológico que puede acompañar iniciativas de economía circular en Costa Rica.
Are disulfide bonds resilient to double ionization? Insights from coincidence spectroscopy and ab initio calculations
(2020) Ramírez Varas, Lautaro Javier; Fantuzzi, Felipe; Coutinho, Lucia Helena; Bernini, R. B.; Chaer Nascimento, Marco Antonio; de Souza, Gerardo Gerson Bezerra
Disulfide bonds (–S–S–) are commonly present in biomolecules and have also been detected in astrophysical environments. In this work, the stability of the disulfide bond towards double ionization is investigated using quantum chemical calculations and photoelectron photoion photoion coincidence (PEPIPICO) spectroscopy measurements on the prototype dimethyl disulfide (CH3SSCH3, DMDS) molecule. The experiments were performed using high energy synchrotron radiation photons before (2465.0 eV) and at (2470.9 eV) the first sigma resonance around the S 1s edge. We applied the multivariate normal distribution analysis to identify the most plausible ionic fragmentation mechanisms from the doubly ionized DMDS. By mapping the minimum energy structures on the dicationic C2H6S22+ potential energy surface, we show that disulfide bonds are only present in high-lying isomers, in contrast to their analogous neutral systems. Our results also indicate that the number of fragment ions containing a disulfide bond for both photon energies is negligible. Taken together, our results reveal that the disulfide bond is severely damaged as a consequence of sulfur core–shell ionization processes, due to the lowering of its thermodynamic stability in multiply-charged systems.
Estudio de viabilidad técnica de un proceso de producción de jarabe de azúcar como ingrediente en la elaboración de refrescos a partir de azúcar de caña de baja calidad
(2020) Baldares Phillips, Beatriz; Ulate Brenes, Adolfo Mauricio
El objetivo principal de este proyecto fue realizar un estudio de viabilidad técnica de un proceso de producción de jarabe de azúcar como ingrediente en la elaboración de refrescos a partir de azúcar de caña de baja calidad. Para llevar a cabo este objetivo, fue necesario realizar una investigación bibliográfica detallada y consultar a expertos y profesionales con conocimiento del proceso, tanto en la empresa donde se manufactura el jarabe, como en la Escuela de Ingeniería Química. Se analizan y definen los parámetros de calidad más importantes a evaluar tanto en el azúcar crema como en el jarabe de azúcar tratado. Con el fin de seleccionar el tratamiento más adecuado para el refinamiento del azúcar, se analizan diferentes alternativas de operaciones unitarias enfocadas primordialmente en la reducción del color de 2 700 UI a 35 UI, el cual representa el parámetro de mayor desviación con respecto al valor requerido. Luego del análisis, se elige la siguiente secuencia de tratamiento: mezclado y afinado, centrifugado, disolución, clarificación y flotación, filtración, decoloración y desmineralización con intercambio iónico, deodorizado y pulimento, enfriamiento, almacenamiento y automatización del proceso. Se define la capacidad de la planta de producción para un flujo de 110 L/min, basado en la proyección estimada de consumo en cinco años. De acuerdo a esto y al balance de materia realizado, se deben efectuar 4 ciclos por hora de tratamiento completo para cumplir con la demanda, es decir, cuatro ciclos de 1 668 L de jarabe, lo que equivale a 6 588 L/h. Además, se realiza un diagrama de flujo del proceso de acuerdo a la tecnología elegida, y posteriormente se efectúa el escalamiento y selección de los equipos de manera que cumplan con los requerimientos de demanda, calidad y costo-beneficio. Para la inversión de este proyecto, se parte de un presupuesto máximo de $ 6 000 000. Tomando en cuenta esta información, se escoge el método C del libro “Plant Desing and Economics for Chemical Engineers” de Peters y Timmerhaus, con una aproximación del ±20% para una empresa que procesa productos líquidos, para lograr el detalle de los costos directos, los costos indirectos y el capital de trabajo requeridos. La estimación de los costos operativos se basa en la tabla 6-18 del mismo libro. De esta forma, se obtiene que para una producción al año 5 de 57 714 m3/año, el costo variable es de $ 196 482, el costo fijo es de $ 45 895 y el costo total es de $ 266 349, es decir, se tendría un costo de 4,6 $/m3 de jarabe simple tratado. Se estima el costo anual por mantenimiento de los equipos en $ 76 492. Los indicadores financieros del proyecto muestran un Valor Actual Neto (VAN) negativo de $ -2 324 784; una Tasa Interna de Retorno (TIR) de 0,55 %; un porcentaje de rentabilidad de -63,8 % y un Índice de deseabilidad de 0,36. Estos resultados indican que el proyecto no es económicamente viable, ya que los ingresos no compensan los egresos; pese a esto, el proyecto debe realizarse debido a que el abastecimiento de azúcar refinada no está garantizado en el mediano plazo y tampoco se tiene la opción de importarlo. Se recomienda que la embotelladora y su corporativo realicen un análisis financiero detallado, ya que la estimación realizada para este proyecto se basó en algunas suposiciones por la falta de acceso a la información.
Breaking the disulfide chemical bond using high energy photons: the dimethyl disulfide and methyl propyl disulfide molecules
(2017-07-15) Ramírez Varas, Lautaro Javier; Coutinho, Lucia Helena; Bernini, R. B.; Moreno Betancourt, Angélica; de Moura, Carlos E. V.; Rocha, Alexandre Braga da; de Souza, Gerardo Gerson Bezerra
In order to study the stability of the disulfide chemical bond in molecules subjected to a flux of high energy photons, the ionic fragmentation of two molecules containing a disulfide chemical bond, dimethyl disulfide (DMDS) and methyl propyl disulfide (MPDS), has been studied following excitation around the S 1s edge (∼2470 eV). Synchrotron radiation and electron-ion coincidence techniques were used. The core excited states of DMDS and MPDS have also been theoretically investigated at the multiconfigurational self-consistent field (MCSCF) level and multireference perturbation theory. Deep core excitation (S 1s) induces multiple ionization and intense fragmentation of the molecules, as clearly demonstrated by the observation of cations such as S+, S2+ and S3+. Splitting of the S+ peak is observed in the mass spectra of the two molecules when they are excited to a resonant state with antibonding (S–S) character. Although fragments associated with the breakage of the disulfide bond (S+ and CHnS+) play a dominant role in the dissociation of the molecules, a fragment containing the disulfide chemical bond, S2+, survives, nevertheless, at all photon energies.
Prefactibilidad técnica y financiera de una planta para producir aceite esencial de Coriandrum Sativum
(2018) Rodríguez Quesada, Héctor Eduardo; Vásquez Calvo, Alexander
Validación de proceso de soldadura en manufactura de dispositivos médicos para el lanzamiento de nuevo producto
(2018) Muñoz Mayorga, Jenny; Solano Sánchez, Paula Raquel
Evaluación del balance de energía del Sistema de Turbogeneración usado para la definición de la "Metodología Tarifaria para una Planta Modelo de Generación de Electricidad con Bagazo de Caña" vigente en Costa Rica en el año 2015
(2018) Mejías Vásquez, Richard Gerardo; Davis Barquero, Alexander

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