Ingeniería en Biosistemas [anteriormente Ingeniería Agrícola]
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Examinando Ingeniería en Biosistemas [anteriormente Ingeniería Agrícola] por Autor "Bustamante Román, Mauricio José"
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Ítem Análisis térmico de un receptor de radiación solar para un Sistema de Energía Solar Concentrada (CSP), aplicando dinámica de fluidos computacional(2020) Sánchez Sanabria, José Andrés; Bustamante Román, Mauricio JoséEste estudio comprende el diseño y análisis de un receptor de radiación solar concentrada para su integración en un sistema de digestión anaeróbica termofílica. Estudios previos demuestran un aumento de la eficiencia de biodigestores con el acople de colectores solares, formando sistemas híbridos de recursos de energía renovable. El objetivo de este estudio fue integrar, por medio de un ciclo termodinámico de Rankine, los receptores solares al biodigestor. La primera etapa de la investigación fue el diseño de los principales componentes de un receptor de radiación solar concentrada focal, a partir de un absorbedor disponible. Los elementos que se diseñaron fueron el sistema aislante, cámara de protección, vidrio térmico y concentrador parabólico secundario, considerando simplicidad en la geometría y materiales apropiados. La segunda etapa fue la evaluación dinámica y térmica del fluido en estado estable del receptor diseñado, por medio del uso de la herramienta de dinámica de fluidos computacional ANSYS Fluent. Se realizó la optimización del dominio discretizado, considerando como variable de análisis la temperatura de salida del fluido de trabajo. El análisis de sensibilidad indica que es posible utilizar mallados con menor cantidad de elementos, obteniendo resultados con variación menores del 2%. Se evaluaron cuatro casos distintos: I) 0,12 g/s de aire seco y flujo de calor de 30 000 W/m2, II) 0,60 g/s de aire seco y flujo de calor de 70 000 W/m2, III) 5 g/s de aceite sintético Dowtherm A y flujo de calor de 200 000 W/m2 y IV) 10 g/s de aceite sintético Dowtherm A y flujo de calor de 300 000 W/m2, todos con un coeficiente de transferencia de calor por convección natural constante de 10 W/m2 K. Con estas condiciones de frontera se evaluaron modelos de turbulencia, cumpliendo con cuatro parámetros de convergencia, y las limitaciones de materiales desde el punto...Ítem Automatización de un sistema de irrigación por goteo autocompensado mediante un controlador de válvulas hidráulicas accionadas por señal de radio(2021) Montero Delgado, Giovany; Bustamante Román, Mauricio JoséEl uso sostenible del agua en la agricultura es uno de los grandes retos del siglo actual. Para ello, surgen nuevas tecnologías que facilitan el monitoreo y el control de los campos agrícolas. Un uso incorrecto de estas nuevas herramientas puede llevar a un sobre o sub-dimensionamiento del sistema de automatización debido a que el problema no se planteó correctamente desde un inicio. El propósito de este proyecto fue diseñar un procedimiento genérico para el desarrollo de proyectos de automatización de válvulas hidráulicas en sistemas de riego, utilizando señales de radio y comando hidráulico. El procedimiento genérico propuesto, además de funcionar como una guía sobre los aspectos por considerar en un diseño de automatización, establece una metodología que asegure una utilización óptima de los recursos y un funcionamiento adecuado del sistema de riego. Como base del procedimiento propuesto, se diseñó el sistema de automatización de las válvulas de riego de una finca dedicada a la producción de cítricos; la finca consta de 284 hectáreas, en las cuales se distribuyen 40 válvulas de riego, controladas mediante el sistema RadioNet de Netafim. Se detalló el comportamiento de la red hidráulica de la finca y se definieron las variables por considerar en un diseño de automatización: 1) la presión de trabajo en el microtubo de polietileno, 2) la diferencia de altura, 3) la distancia entre las unidades terminales remotas (RTU) y las válvulas a automatizar, 4) pendientes negativas y positivas entre esos dos puntos y 5) la línea de vista entre el centro de control de la red y las RTU en campo. Adicionalmente, y como elemento comparativo, se utilizó el método tradicional utilizado por la empresa Netafim1 (referido como “La Empresa” en este documento) para validar y tener un punto de referencia para el mejoramiento del proceso por parte del ingeniero encargado del proyecto. El nuevo método incorpora factores de seguridad...Ítem 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...Ítem Diseño de un sistema hidropónico orbital como alternativa de producción de alimento de alta intensidad en zonas urbanas(2019) Rojas Montero, Sergio José; Bustamante Román, Mauricio JoséLos retos de agricultura para los años 2030-2050 consisten principalmente en aumentar los rendimientos y la calidad del producto, mientras se disminuye la contaminación generada y el uso de fitosanitarios. Políticas internacionales procuran reducir el impacto del sector agropecuario en la lucha contra el cambio climático, fomentando la adopción de nuevas tecnologías de producción. Al mismo tiempo el aumento de la población en zonas urbanas y la migración de la población de zonas rurales disminuyen la cantidad de personas disponibles para agricultura dificultando el desarrollo del sector. Por este motivo, la incorporación de nuevos métodos de producción de alimento es necesaria. Una alternativa es la adopción de las fábricas de plantas con luz artificial en zonas urbanas, que tienen un alto potencial para producir alimento de alta calidad en ambientes controlados y que reducen la cantidad de fitosanitarios necesarios. No obstante, el uso de este modelo implica un alto consumo energético, el cual debe ser solventado para reducir el impacto de esta tecnología. En este proyecto de graduación, se diseñó y se construyó un sistema hidropónico orbital automatizado como método de producción de alimento, el cual aumenta el rendimiento en función del área utilizada, al mejorar la distribución de la luz artificial. Adicionalmente, posee un sistema de rieles que facilita la carga y descarga del producto comparado con sistemas orbitales existentes, es de fácil mantenimiento, construcción y operación. El diseño se realizó con base en materiales disponibles en el mercado de Costa Rica con una capacidad de producción de hasta 100 plantas, que son sujetadas por un sustrato inerte sumergido temporalmente en una cama de agua (con solución hidropónica). El equipo cuenta con un sistema de automatización que regula la velocidad de rotación, el encendido y apagado de luces, bomba...Ítem Evaluación de la eficiencia de enfriamiento del follaje ornamental de la planta Aralia japonica para exportación(2022) Bach Gutiérrez, Gabriel Allan; Bustamante Román, Mauricio JoséEl presente proyecto de graduación se centra en la evaluación de eficiencia de enfriamiento del follaje de Aralia o Fatsia japonica para exportación en la empresa Agro-industrailes de Oreamuno, ubicada en Oreamuno de Cartago, Costa Rica. Este deviene de la necesidad por parte de la empresa de disminuir la carga química en el producto una vez llega al país destino ya que la empresa se espera posicionar como la única marca orgánica vendedora de estas hojas. La propuesta para reducir la dependencia de la aplicación de pesticidas en el follaje inició con el cálculo y medición de las propiedades físicas y térmicas del producto; además, la búsqueda de la eficiencia del enfriamiento se basó en la utilización de la modelación computacional de fluidos con la cual se modeló el comportamiento térmico dentro del contenedor marítimo que contenía los empaques con follaje durante el trasiego. Estas modelaciones se realizaron según las condiciones actuales de transporte y con dos propuestas de mejora. Se encontró que la respiración celular del follaje de la Fatsia japónica es de 24,352 𝑚𝑔 𝐶𝑂!/𝑘𝑔 · ℎ, y que la conductividad térmica equivalente para los empaques es de 0,1243 𝑊/𝑚𝐾. En la modelación del comportamiento térmico de los empaques, se encontró que la temperatura máxima alcanzada por estos según las condiciones actuales de embalaje fue 35 ºC, que con la primera opción de mejora esta temperatura se pudo ver reducida hasta 28 ºC, y con la segunda opción hasta 13 ºC. La temperatura recomendada de transporte de este follaje es de entre 3–5 ºC, por cuanto ninguna de las propuestas presentadas satisface las condiciones térmicas deseadas en su trasiego.Ítem Evaluación de un biofiltro anaeróbico como tratamiento secundario de aguas residuales urbanas para una planta de tratamiento ubicada en Monteverde(2021) Jiménez Quesada, Junior Enrique; Bustamante Román, Mauricio JoséEn Costa Rica, para el año 2019, solo el 15% de las aguas residuales ordinarias fueron captadas por un sistema de alcantarillado sanitario para un debido tratamiento. Si bien la mayor parte del porcentaje restante utiliza algún tipo de tratamiento local, estos no siempre son suficientes. Dado el crecimiento poblacional de zonas rurales debido al desarrollo de localidades turísticas; en los últimos años se tiene un aumento en los volúmenes de aguas residuales generados. Ante esto, es importante el estudio de la adaptación de tecnologías no convencionales de operación y mantenimiento sencillo que faciliten su integración en la ciudadanía para enfrentar la problemática mencionada. Los filtros anaerobios de flujo ascendente (FAFA) son sistemas compactos de tratamiento biológico de aguas residuales con bajo consumo energético y alta eficiencia de remoción de materia orgánica, por esto, darlo a conocer es importante y se convierte en el tema central de la presente investigación. El presente proyecto consta del diseño de un FAFA para el tratamiento secundario de las aguas residuales generadas en una serie de poblados del cantón de Monteverde de Puntarenas, para un periodo de operación de 25 años. Para la toma de decisiones operativas y detalles de componentes del FAFA, se ensambló un prototipo a escala en el que se compararon los rendimientos bajo escenarios controlados con variaciones en los tiempos de retención hidráulicos (TRH) y en los materiales de soporte de capa fija con el fin de determinar las combinaciones que ofrezcan mayor eficiencia en la depuración de las aguas residuales. Se obtiene que el TRH es el parámetro de diseño más influyente en el rendimiento del filtro, al mantenerlo en el rango de 0,5 a 1 día con un material de capa fija plástica el FAFA ofrece reducciones del 88% en la demanda biológica de oxígeno (DBO), 89% en la demanda química de oxígeno (DQO) y superiores al 70% en sólidos volátiles...Ítem 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...