Ingeniería Química

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Implementación y validación de un sistema digital de control de producción para una línea de manufactura de subensambles empleados en la manufactura de distintos dispositivos médicos
(2024) Gamboa Castro, Mauro; Ramírez Solórzano, Nazareth
Determinación de las posibles mejoras en el proceso de inspección de la materia prima del alambre de presión (cable central de ensamble, cubierta de tres orificios y el miembro de contacto) para minimizar las no conformidades en la manufactura del producto
(2024) Betancourt Carballo, Stephanie; Stradi Granados, Benito
Evaluación del efecto de la transferencia de lubricante con la estandarización y uso del equipo de centrifugado de teflón para la mejora de la eficiencia de producción en la línea de Clips
(2024) Muñoz Rigioni, Maripaz; Hernández Montero, Natalia
Gestión ambiental de baterías recargables de vehículos eléctricos tras concluir su vida útil en Costa Rica
(2024) Núñez Gutiérrez, Brenda Yarid; Torres Quirós, Cindy María
Evaluación de la prefactibilidad técnica y financiera del proceso de producción de un alimento para cerdos obtenido a partir de las pérdidas y desperdicios de alimentos
(2024) Chacón Villalobos, Jennifer; Gamboa Gamboa, Esteban Francisco
Evaluación de prefactibilidad técnica y financiera para la producción de soluciones hiperoxigenadas de uso intravenoso
(2024) Ramírez Rojas, Luis Enrique; Da Luz Castro, Juliana
Ejecución de una transferencia de tecnología enfocada en la documentación de gestión de riesgo, según la norma ¿ISO 14971:2019¿, de un dispositivo de intercambio inflable para intervenciones coronarias en una empresa de dispositivos médicos en Costa Rica
(2024) Contreras Ramírez, Kenlly Tatiana; Pessoa Chaves, Naomy
Simulación de una planta de tratamiento de aguas residuales industriales usando superpro designer
(2002) Pomares Iraheta, Efraín Ezequiel
Potencial del balsamo del Peru para la produccion de aromaticos (Myroxylon Peruiferun L.f)
(1984) Quirós Madriz, Rogelio A.; Chacón Valle, Gerardo
El propósito principal de esta investigación, fue estudiar el potencial del bálsamo del Perú para la producción de aromáticos, específicamente el benceno y el estireno, y la síntesis de un diagrama de flujo para tal proceso. El diagrama de flujo fue armado con base a las pruebas realizadas a nivel de laboratorio, obteniéndose rendimientos (sin optimar) en las diferentes etapas bastante satisfactorias, excepto para la etapa en la cual se obtiene el estireno, donde el rendimiento fue de tan solo 1.80%. También se realizó un estudio inicial sobre la cinética de la reacción de esterificación de la mezcla de los ácidos orgánicos (benzoico y cinámico), obteniéndose una reacción de segundo orgen, de acuerdo a las condiciones de operación utilizadas, Se recomienda un estudio más profundo en algunos puntos 6 etapas con el objeto de aumentar el rendimiento del proceso. Se concluye que el procesamiento del bálsamo del Perú nivel industrial, para la obtención de aromáticos, requiere el establecimiento de un mercado de materia prima permanente y que además se encuentre en el país, caso contrario los costos de transporte haría prohibitiva la industrialización.
Validación del protocolo de medición y seguridad descrito en la norma ANSI/CAN/UL 1974 para el reuso de baterías de vehículos eléctricos que han llegado al final de su primera vida útil para aplicaciones de almacenamiento de energía con las condiciones de trabajo del laboratorio LabVolta del Centro de Investigación en Electroquímica y Energía Química
(2024) Villegas Gutiérrez, José Andrés; Urcuyo Solórzano, Roberto
En Costa Rica, el Plan Nacional de Descarbonización y la publicación de leyes con incentivos para promover la adquisición de transporte verde, ha ocasionado un incremento significativo de vehículos eléctricos. A partir de estos incentivos, se pronostica un incremento significativo en la cantidad de residuos producidos por vehículos eléctricos en el país requiriendo ajustes prontos en infraestructura y legislación. En este contexto, el objetivo de la investigación fue desarrollar un plan de medición y seguridad para el laboratorio LabVolta, basado en el procedimiento ANSI/CAN/UL 1974, con el fin de determinar el estado de las baterías de vehículos eléctricos al final de su vida útil. Se siguió el procedimiento estándar ANSI/CAN/UL 1974, replicando las actividades con tres modelos de celdas de vehículos eléctricos: Samsung SDI 94 Ah, LGX F2 y LGE42a. Durante la fase de inspección física, no se encontraron daños visibles en las celdas, lo que permitió continuar con el análisis electroquímico. Ninguno de los modelos requirió pruebas de asilamiento de alto voltaje. La prueba de capacidad permitió rechazar las muestras B4.10, B7.7, B6.4 y B14.6 del modelo LGX E42A, mientras que todas las celdas Samsung DSI y LGX F12 superaron el límite permisible de estado de salud, referido a 60% para la aplicación de segunda vida. Las pruebas de resistencia interna y autodescarga también revelaron diferencias, y se rechazaron las muestras A2 y A6 de Samsung SDI por sus altos porcentajes de disminución de autodescarga. Se concluyó que varias celdas no podían ser utilizadas en aplicaciones de segunda vida, como las muestras A4 de Samsung SDI y las muestras B11.8 y B12.8 de LGX E42, debido a los resultados obtenidos en las pruebas de capacidad, ciclos de carga y descarga y voltaje de circuito abierto. Se concluyó que la falta de una normativa técnica en Costa Rica para validar la reutilización de baterías de vehículos...
Evaluación del desempeño de un tanque de agitación rediseñado para tintas pigmentadas de tecnología de gota por demanda mediante la elaboración de tanques prototipos y el uso de herramientas computacionales de dinámica de fluidos
(2025) Granados Umaña, Gary; Richmond Salazar, Esteban
Este documento corresponde al Proyecto Final de Graduación para optar por el grado de Licenciatura en Ingeniería Química de la Universidad de Costa Rica. El proyecto aborda la problemática de la separación indeseada de fases en las tintas pigmentadas procesadas en los tanques de mezcla de la planta de manufactura de tintas de Matthews Costa Rica, un fenómeno que ocurre poco tiempo después de finalizar el proceso de mezcla. Esta situación sugiere una operación ineficiente de mezcla y dispersión de las partículas sólidas de pigmento en la solución, lo que compromete la calidad y la estabilidad del producto final. El alcance del proyecto se centró en el estudio de la tinta SCP350 Black procesada en el tanque número 2 de la planta. Con base en esta situación, el objetivo principal fue evaluar el diseño actual del tanque y determinar si la implementación de mamparas podría resolver la problemática de la separación de fases, promoviendo un producto más homogéneo y mejorando la distribución del pigmento. La metodología del proyecto se dividió en dos fases principales. En la primera fase, se construyeron dos prototipos a escala reducida: uno con diseño de tanque estándar y otro con mamparas. Se analizaron los patrones de flujo y la dispersión de pigmento en ambos tanques a velocidades de agitación de 300 min−1, 500 min−1 y 900 min−1. Los patrones de flujo se visualizaron mediante la agitación de partículas trazadoras de polipropileno en agua, mientras que la dispersión del pigmento se evaluó mediante la agitación y dispersión de pigmento negro en solución vehículo, mediante la toma de muestras en la superficie y el fondo del tanque para medir la concentración de sólidos a diferentes intervalos de tiempo. La segunda fase incluyó la simulación de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) para ambos diseños de tanque a escala real, utilizando la velocidad operativa promedio de la planta...
Propuesta de una hoja de ruta para la descarbonización de una planta fabricante de productos alimenticios según el Plan Nacional de Descarbonización 2018-2050
(2024) Salas González, María Paula; Araya Mejías, Olman Antonio
Este trabajo se basó en la necesidad de abordar las consecuencias a nivel climático derivadas de la contaminación del aire causada por actividades humanas. Con el propósito de lograr que la Planta Gran U de Nazareth reduzca sus emisiones de dióxido de carbono equivalente de 2 462 000 kg a O kg para el año 2040 y no con- tribuya más al cambio climático, se planteó una hoja de ruta que se centró en la reestructuración de la matriz energética de la planta. Se llevaron a cabo estimaciones de las emisiones de la planta tanto en el año 2022, considerado como el año base, como en relación con cada uno de los proyectos a implementar. Estas estimaciones se realizaron según las metodologías publicadas por el Programa País de Carbono Neutralidad y se organizaron en una hoja de ruta estructurada, acompañada de un panel de seguimiento en tiempo real. A través de este análisis, se determinó que la Planta Gran U de Nazareth se encontraba significativamente lejos de lograr la neutralidad en carbono en el año 2022, aunque la implementación de los proyectos podría permitirle alcanzar este objetivo para el año 2030. Estos proyectos a imple- mentar incluyen la sustitución de la caldera de búnker C por una caldera eléctrica, el cambio de las cocinas de GLP por cocinas de inducción magnética y la adquisición de bonos de compensación. A raíz de este trabajo, se encontró que la hoja de ruta planteada y su seguimiento permitirá a Gran U de Nazareth abordar y solventar el problema ambiental que representan sus emisiones de gases de efecto invernadero, recomendando seguir el orden y el paralelismo planteado originalmente y evitando los desequilibrios.
Validación del método de calibración para sensores de temperatura conforme a la norma INTE-ISO/IEC 17025:2017 y los criterios del ECA aplicables en la Unidad de Investigación y Soluciones en Medición del Instituto de Investigaciones en Ingeniería de la Universidad de Costa Rica
(2024) Hornquist Arias, Nicolette; Mora Vindas, Allan Gerardo
El presente proyecto consistió en el desarollo y validación de un método de calibración para sensores de temperatura acorde a la norma INTE-ISO/IEC 17025:2017 y los criterios aplicables del Ente Costarricense de Acreditación. El método se desarrolló con la finalidad de aplicarlo a la calibración de termopares, termómetros de resistencia de platino, termómetros de líquido en vidrio, termómetros digitales y termómetros bimetálicos. El procedimiento se realizó con el propósito de incluirlo como parte de los servicios brindados en la Unidad de Investigación y Soluciones en Medición del Instituto de Investigaciones en Ingeniería de la Universidad de Costa Rica, o también llamado Metrikõ, mismo lugar donde se desarrolló la experimentación. Para las calibraciones se empleó como patrón un termómetro de resistencia de platino Pt100 de 4 hilos con resolución de 0.001 °C. Como medios isotérmicos en el laboratorio se utilizó un baño líquido agitado marca JUBALO modelo FK31-SL de silicona, hasta una temperatura máxima de 180 °C, mientras que para temperaturas superiores se utilizó un bloque seco marca ISOTECH modelo GEMINI 550. El método para la validación se estableció en un rango de temperatura desde -20 °C hasta 400 °C, dividido en 5 puntos de calibración: -20 °C, 0 °C, 150 °C, 300 °C y 400 °C. Para la validación se calibró un termómetro de resistencia de platino con una resolución de 0.01 ◦C. Se realizó un estudio de repetibilidad y reproducibilidad, estudiando como factores el día de calibración y el operador. El resultado fue favorable para un rango desde -20 °C hasta 150 °C, ya que al 95% de confianza, el resultado brindado estableció que los factores no son estadísticamente significativos. No obstante, para el rango de 300 °C hasta 400 °C, si fueron significativos. Debido a esto se desarrolló un estudio causa raíz donde se concluyó que la causa más probable...
Diseño y simulación de un sistema de pirólisis de aspersión con llama para la síntesis de un catalizador heterogéneo
(2024) Granados Durán, Francisco José; Miranda Morales, Bárbara Cristina
En este proyecto se diseñó un sistema de pirólisis de aspersión con llama (FSP) para la síntesis del catalizador heterogéneo cromita de zinc (ZnCr2O4) mediante un estudio de antecedentes teóricos y empíricos para determinar los componentes y equipos más apropiados para ensamblar el sistema utilizando una matriz de selección bajo criterios como: resultados en investigaciones previas, facilidad de implementación, costo y eficiencia teórica. Se obtuvo la formulación de una disolución de precursores metálicos para alcanzar una cantidad de producto determinada y las condiciones de operación de cada uno de los equipos que conforman el diseño mediante un análisis estequiométrico para una producción objetivo de 25 g. Además, se realizó una simulación de la sección del reactor del sistema mediante un simulador de dinámica de flujos computarizada (CFD) en dos dimensiones con trazado de partículas sólidas para encontrar la mejor altura del reactor para atrapar la mayor cantidad de partículas en un sistema recolector y la temperatura dentro de éste con el fin de determinar la necesidad o no de implementar un sistema de refrigeración al equipo diseñado. Los resultados de esta simulación de temperatura se utilizaron como base para una aproximación de la temperatura máxima en las paredes del sistema mediante el cálculo de transferencia de calor. Finalmente, se efectuó un estudio de costos para la compra e instalación de los equipos que conforman el sistema y se dibujó el plano constructivo del sistema. Entre los resultados obtenidos, se diseñó un sistema FSP compuesto por una bomba peristáltica, una campana cilíndrica de cuarzo semicerrada con quemadores de doble llama en su interior a modo de reactor y un precipitador electrostático como sistema de recolección. Se determinó que la disolución madre debe estar compuesta de los precursores Cr(NO3)3 · 9H2O y Zn(NO3)2 · 6H2O disueltos en etanol y alimentada...
Implementación de una nueva línea de producción para el dispositivo médico conocido como módulo líquido de reactivos, utilizado para el diagnóstico de enfermedades
(2024) González Guerrero, Pamela; Hernández Montero, Natalia
El presente trabajo final de graduación tuvo como propósito realizar la validación de diez diferentes estaciones de trabajo y equipos con el fin de manufacturar un dispositivo médico para el diagnóstico de enfermedades conocido como módulo liquido de reactivo con motor agitador de microgránulos de silice, en la empresa Freudenberg Medical Costa Rica ubicada en la zona franca Coyol. EL método utilizado para la validación se basa en la ejecución de la calificación de la instalación y clasificación de la operación para cada equipo y calificación del rendimiento para la linea. Se realizó un balance de linea para analizar la cantidad de recursos con los que se debe contar para manufacturar el nuevo dispositivo, por lo que se recomienda el uso de 12 operarios para correr la linea con los tiempos de ciclo completos. En conclusión, la validación de la nueva linea proporciona evidencia objetiva para la correcta manufactura del dispositivo.
Análisis del efecto de diferentes formulaciones en la resistencia a la compresión e impacto de una tapa de polipropileno mediante el estudio de sus propiedades mecánicas
(2024) Ureña Aguilar, María José; Miranda Morales, Bárbara Cristina
En este documento se presenta el análisis del efecto de diferentes formulaciones en la resistencia a la compresión e impacto de una tapa de polipropileno utilizada en la empresa Plásticos Modernos. Se empleó un enfoque basado en el diseño de mezclas para evaluar y comparar las propiedades mecánicas de módulo de Young y resistencia al impacto de mezclas fabricadas con distintas combinaciones de 5 resinas de polipropileno. Durante la caracterización de las materias primas, se encontró una relación inversa entre el índice de fluidez y la viscosidad de las resinas estudiadas. También, se muestra un comportamiento de viscosidad creciente para las resinas en el orden E- 6202, H-03, R-03, R-02 y I-01, útil para predecir el comportamiento de flujo durante el procesamiento. Los resultados demostraron que las diferentes formulaciones tuvieron un impacto significativo en las propiedades mecánicas de las tapas de polipropileno. El uso de homopolímero y copolímero Random 03 mejoró la resistencia a la compresión, mientras que la incorporación de elastómero mejoró la resistencia al impacto. Además, se establecieron relaciones entre las propiedades mecánicas y las características microestructurales, lo que permitió una mejor comprensión de los mecanismos y las interacciones entre los componentes de las mezclas. Estos hallazgos tienen importantes implicaciones para la empresa Plásticos Modernos en la fabricación de tapas de polipropileno, ya que proporcionan información valiosa para optimizar la formulación y mejorar las propiedades mecánicas de los productos. A partir del análisis del diseño, se logra obtener modelos matemáticos que permiten predecir el módulo de Young y la resistencia al impacto de las tapas de polipropileno. La aplicación de estos modelos matemáticos proporcionó una herramienta útil para predecir el comportamiento mecánico de los productos, que permitan definir las formulaciones adecuadas de productos a base de ...
Aprovechamiento de los residuos de yuca para la obtención de azúcares fermentables
(2024) Vargas González, María José; Méndez Arias, Johanna
Durante la cosecha del cultivo de yuca, solamente entre el 10 % y el 20 % de los tallos de yuca son utilizados para la replantación de este cultivo, mientras que el resto son residuos (Martín et al., 2017; Pooja & Padmaja, 2015b). Asimismo, las cáscaras de yuca son un residuo proveniente del pelado de la raíz de yuca en procesos secundarios, estos residuos pueden contener desde un 20 % a un 35 % del tubérculo (Aruwajoye, Sewsynker-Sukai, et al., 2020). El tallo y la cáscara de yuca son biomasas lignocelulósicas y amiláceas respectivamente, las cuales pueden ser utilizadas como alternativa para la producción de bioetanol de segunda generación. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue aprovechar los residuos del cultivo de yuca utilizando una ruta biotecnológica para la obtención de azúcares fermentables para la producción de etanol de segunda generación. El tallo de yuca se pretrató con ácido sulfúrico diluido, al 1.09 % (v/v), con una relación sólido:líquido de 1:2.8 (m/v) por 27 min a 121 °C, este pretratamiento disminuyó la fracción de hemicelulosa del material de un 13.79 % a un 5.40 %. Seguido se realizaron dos pretratamientos alcalinos, en el primero se utilizó NaOH al 4 % (m/v) con una relación sólido:líquido de 1:20 (m/v) por 30 min a 121 °C y 1 atm, estas condiciones no lograron reducir el porcentaje de lignina en el material lignocelulósico. En el segundo pretratamiento se aumentó la temperatura y la presión a 150 °C y 150 psi respectivamente, con estas condiciones el porcentaje de lignina se redujo de un 29.80 % a un 3.61 %. Los pretratamientos realizados lograron una mayor exposición de la fracción de celulosa en el material ya que el porcentaje de este componente aumentó de un 34.66 % a un 75.26 %. Se determinó que los residuos de la cáscara de yuca están compuestos por un 62.36 % de almidón, por lo que son ricos en este compuesto. Se realizó un diseño de experimentos central compuesto rotacional...
Desarrollo del procedimiento para la mejora en la verificación de los requerimientos operacionales del globo de angioplastia mediante un estudio estadístico en una empresa de dispositivos médicos
(2023) Villegas Sequeira, María Celeste; Stradi Granados, Benito
El presente estudio desarrolló un procedimiento para la mejora en la verificación operacional del globo de angioplastia, lo anterior mediante un estudio estadístico en una empresa de dispositivos médicos. Se presentó la manera general en que la empresa interesada ensambla catéteres vasculares de angioplastia en conjunto con sus respectivas inspecciones por estación, las cuales corroboran que el producto defectuoso se detecte lo más pronto posible en la línea de ensamblaje. Se detallaron las distintas pruebas que se le realizan a los dispositivos ensamblados para asegurar la conformidad del producto con respecto a los distintos entes reguladores de dispositivos médicos. Se presentaron los estudios de acciones correctivas y acciones preventivas (CAPA) realizados en consecuencia a eventos de desinflado tardío de catéter vascular de angioplastia en el periodo 2020 al 2021. Luego de establecer el problema generado por el método actual de medición del parámetro de desinflado se planteó un plan experimental para analizar de manera estadística los factores que se pueden considerar significativos en la medición. Finalmente, se realizó una Prueba de No Inferioridad para comprobar que el método de medición propuesto es no inferior al que se utiliza actualmente a nivel de planta. Se concluyó que el método de medición propuesto fue comprobado cómo No Inferior con respecto al método de medición actual por su valor de p menor a 0.0001. Se recomendó implementar el método de medición propuesto.
Evaluación de las características físicas y químicas de recubrimientos funcionales polimerizados por plasma a presión atmosférica a partir de la adición de nanopartículas en un biosensor
(2024) Mora Barrantes, Nadia; Garro Mena, Leonardo David
El objetivo principal de este proyecto fue evaluar las características físicas y químicas de recubrimientos funcionales polimerizados por plasma a presión atmosférica mediante la adición de nanopartículas. Estas películas poliméricas mejoradas buscan ser utilizadas como matrices para la inmovilización de biomoléculas en biosensores. La pertinencia de este estudio se destaca en el contexto de la producción de biosensores, donde se busca superar los desafíos actuales relacionados con el tiempo, consumo de reactivos y generación de desechos. En el desarrollo del proyecto, se seleccionaron tres nanopartículas potencialmente útiles en biosensores: oro, grafeno y nanotubos de carbono. Estas nanopartículas se incorporaron eficazmente en matrices de películas polimerizadas por plasma. Las pruebas realizadas abarcaron diversos aspectos, como la conductividad, composición química, morfología y electroquímica. La microscopía de fluorescencia se utilizó como método final para validar la hipótesis propuesta. Los resultados confirman que la inclusión de nanopartículas en matrices poliméricas permite la inmovilización de biomoléculas en la superficie delgada del biosensor mediante el proceso de polimerización con plasma a presión atmosférica impulsada por alta frecuencia. En relación con las condiciones óptimas de polimerización, se confirmó que un tiempo de polimerización de 30 s permitió llevar a cabo el proceso de polimerización. Bajo estas condiciones, se observó que las nanopartículas de oro y los nanotubos de carbono presentan concentraciones de especies reactivas de oxígeno en la superficie de ls matriz, así como morfologías distintivas, siendo las presentes en las nanopartículas de oro superiores en distribución y homogeneidad. Por lo que las nanopartículas de oro fueron seleccionadas para la generación de la superficie biosensora. Se recomienda realizar una mayor cantidad de réplicas en las mediciones...
Evaluación de las condiciones de extracción de nanocristales de celulosa por medio de una reacción de hidrólisis ácida de residuos de material orgánico de piña y melina (Gmelina arborea) para su uso en materiales semiconductores y aplicaciones electroquímicas
(2023) Matamoros Arnáez, Daniel; Torres Quirós, Cindy María
El proyecto de investigación tuvo como objetivo la evaluación de las condiciones de extracción de nanocristales de celulosa por medio de una reacción de hidrólisis ácida de residuos de material orgánico de piña y melina (Gmelina arborea), para su uso en materiales semiconductores y aplicaciones electroquímicas. Asimismo, con la información obtenida de las pruebas experimentales se quiso realizar un diagrama de flujo de proceso para la conversión de 150 ton/día de rastrojo a nanocristales. Para lograr este objetivo, se realizaron varios procedimientos separados en siete etapas principales. La primera etapa consistió en las técnicas de caracterización que se le realizaron a la biomasa antes de los procesos de extracción, dentro de las cuales se realizarion humedad, cenizas, análisis termogravimétrico, análisis composicional y espectroscopía infrarroja. La segunda y tercera etapa constó de los pre-tratamientos realizados para obtener la materia prima que sería utilizada para obtener los nanocristales. Para el rastrojo de piña se utilizó un pre-tratamiento en el cual se varió el tamaño de partícula (entre malla 20 y 40 o entre malla 40 y 80) y la temperatura de secado (65°C o 103°C), en un proceso que constó de una reacción con hidróxido de sodio al 8% en masa y un blanqueamiento con 1,7%m/m de clorito de sodio y un buffer de acetato. Asimismo, se evaluó el realizar un lavado con etanol y el uso de los surfactantes lauril sulfato de sodio, lauril éter sulfato de sodio, Tween 20 y Tween 80. Por último se realizó un procedimiento en una autoclave a presión y temperatura elevadas, evaluando los mismos tamaños de partícula. En cuanto a la melina, se emplearon los mismos pre-tratamientos que para el rastrojo, con la excepción de que en vez de utilizar surfactantes, se varió la concentración de clorito de sodio hasta un 7,5%m/m durante el blanqueamiento. La cuarta etapa estudió la variación de las condiciones...

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