Ingeniería en Biosistemas [anteriormente Ingeniería Agrícola]

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Evaluación y análisis de un sistema de fertirriego para cebolla (Allium cepa) y papa (Solanum tuberosum), mediante el uso de diversas tecnologías de precisión agrícola en Tierra Blanca, Cartago
(2024) Matarrita Huertas, Jocelyn; Chaves Herrera, Matías Adrián
El presente trabajo se basó en la evaluación y análisis de un sistema de fertirriego en Tierra Blanca de Cartago, en el cual se evaluó la eficiencia del sistema mediante diversas tecnologías de precisión agrícola, como sensores y sistemas de información geográfica (SIG). En la parcela de estudio se cultivaba cebolla (Allium cepa) y papa (Solanum tuberosum). Para llevar a cabo el análisis se determinaron tres etapas. La primera se basó en la caracterización de la parcela y del sistema de fertirriego implementado. Para esto, se realizaron diferentes muestreos de suelo, levantamientos topográficos y de infraestructura. A partir de lo anterior se encontró que la pendiente de la parcela, el tipo de equipo que se utiliza y las prácticas agrícolas son significativos en la aplicación del fertirriego. La segunda etapa abarcó evaluar la distribución de riego y de nutrientes en las líneas de goteo. Para esto se recolectaron muestras del fertirriego en los diferentes lotes de riego de la parcela y se analizaron en campo mediante distintos sensores de pH, conductividad eléctrica y medición de caudal. Además, se implementó el uso de un ensamble de sensores Arduino diseñado específicamente para este caso. Junto con un tensiómetro, se evaluó la humedad, temperatura y tensión matricial en días con aplicación de riego y sin aplicación de riego. Se obtuvo que existían diferencias significativas entre los lotes de riego en cuanto a caudal y conductividad eléctrica, confirmando los problemas en la uniformidad de aplicación del fertirriego. Asimismo, la humedad y la temperatura del suelo presentaron diferencias significativas entre los días de con aplicación de riego y sin aplicación de riego. Esto daba lugar a zonas diferenciadas dentro de esta parcela debido a la falta de homogeneidad de condiciones. Finalmente, en la tercera etapa se buscó analizar y estudiar todos los aspectos que permitieran identificar el problema y así realizar...
Evaluación térmica de un invernadero no automatizado ubicado en la zona de Guápiles mediante el uso de dinámica de fluidos computacional
(2023) Valverde Delgado, Bernal Steven; Alfaro Santamaría, Marianela
En el presente proyecto se estudió la termodinámica de un invernadero no automatizado ubicado en la Estación Experimental Los Diamantes en la zona de Guápiles, mediante la utilización de herramientas de Dinámica de Fluidos Computacional, con el fin de proponer mejoras que permitan la producción de hortalizas. Se evaluaron las condiciones climáticas internas de temperatura, humedad relativa y viento en el invernadero durante tres ciclos productivos de lechuga (Lactuca sativa), además del registro de condiciones climáticas externas. El análisis de las variables climáticas internas indicó que las temperaturas promedio durante el día sobrepasan los 30°C y las humedades relativas son mayores al 65 %, en la noche las temperaturas promedio son cercanas a las 18°C y la humedad relativa aumenta en promedio a valores cercanos a 90 %; el viento mantiene velocidades muy bajas tanto durante el día como durante la noche, alcanzando un máximo de 2.7 m/s con un promedio de 0.15 m/s en el exterior, y velocidades mayormente nulas en el interior. Se presentaron diferencias de temperatura por altura en el invernadero a lo largo de los tres ciclos de cultivo, mientras que de manera longitudinal tiene un comportamiento más homogéneo; la humedad relativa presentó un comportamiento más variable tanto vertical como longitudinalmente. Se desarrolló un modelo de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) con las variables climáticas registradas. Se logró validar cuatro de los escenarios para representar de manera precisa la termodinámica del invernadero, siendo los de temperaturas bajas los que tuvieron menores porcentajes de error, con valores por debajo del 10 %. Las principales problemáticas identificadas fueron las altas temperaturas y humedades relativas, además de la ventilación insuficiente. La humedad relativa es el parámetro más difícil de controlar debido a la carga energética necesaria para reducir sus niveles y el costo de los equipos ...
Evaluación de la eficiencia de la aplicación de un regulador de crecimiento en arroz (Oryza sativa) para diferentes volúmenes de aplicación de dron y ¿spray boom¿
(2023) Arroyo Mejías, Esteban Alberto; Venegas Méndez, Isaac Joel; Rojas Downing, Melissa
El arroz es uno de los alimentos más importantes a nivel mundial. El uso de reguladores de crecimiento podría ayudar a mejorar algunas características como la calidad molinera y el llenado de grano. Estos agroquímicos se aplican sobre el campo cultivado, tradicionalmente, con el uso de un spray boom, bomba de mano o incluso avionetas. Sin embargo, recientemente ha aumentado el uso de drones para esta labor. Aun así, existe una falta de estándares en este método de aplicación y una ausencia de comparación con los métodos tradicionales mencionados. Por lo tanto, el objetivo de esta investigación fue evaluar diferencias en la eficiencia de la aplicación de un regulador de crecimiento de arroz (Oryza sativa) mediante aplicaciones de dron y “spray boom”, considerando como parámetros el rendimiento productivo, la calidad molinera, la homogeneidad de la aplicación y los costos asociados. Para alcanzar este objetivo, tres tratamientos de spray boom (SB100=100 L/ha, SB150=150 L/ha and SB200=200 L/ha), tres tratamientos con dron (D10=10 L/ha, D20=20 L/ha and D30=30 L/ha) y un tratamiento control, fueron llevados a cabo en una plantación de arroz en Pavones, Guanacaste, Costa Rica. En ambos métodos, dron y spray boom, no se encontraron diferencias significativas en los parámetros de rendimiento productivo y calidad molinera. En el caso del spray boom, el tratamiento SB100 es el que posee menores costos asociados siendo 7,50 % menos que SB200 mientras que SB200 es el que posee mayor homogeneidad de aplicación al presentar un coeficiente de variación (CV) de 30,92 % siendo el menor de los tres tratamientos. Para el caso de los tratamientos aplicados con dron, D20 presenta mayores costos asociados en 18,76% con respecto a D10, y D30 es 43,37% mayor en costos que D10. Además, D20 posee mayor cobertura y un CV menor 48,49 % que indica mayor homogeneidad en comparación con los otros dos tratamientos. Se concluyó que el tratamiento más eficiente...
Efecto en la variabilidad composicional de los perfiles de las comunidades microbianas en la capacidad suplidora de nitrógeno del suelo a Brachiaria Brizantha fertilizada con aguas verdes y vermicompost a nivel de mesocosmos
(2023) Ortega Ilama, Juan José; Uribe Lorío, Lorena
La degradación de los suelos afecta su productividad, debido a perdidas en su estructura, su capacidad de ciclaje de nutrientes y conducción del agua. Las causas de este fenómeno pueden ser naturales como precipitaciones altas y fuertes corrientes de viento causando erosión, o antrópicas, como el exceso de laboreo y abuso en el uso de fertilizantes químicos. Como alternativa para hacerle frente a la situación crítica de los suelos, se encuentra la aplicación de abonos orgánicos como fuentes a largo plazo de nutrientes. Estos abonos se derivan de la revalorización de residuos de origen animal y vegetal, como las aguas verdes y la producción de vermicompost en fincas lecheras, donde se emplean como complemento en los programas de nutrición del pasto forrajero. Sin embargo, existen pocos reportes sobre el impacto específico de estos abonos en el crecimiento de pastos y en la microbiota del suelo. Por lo tanto, en este estudio se evaluó el efecto de dos abonos orgánicos, las aguas verdes y el vermicompost, en la estructura de las comunidades bacterianas del suelo, así como en el rendimiento de la biomasa y N foliar del pasto Brachiaria brizantha en comparación con un suelo sin fertilización. Para esto, se establecieron en invernadero 6 mesocosmos con suelo de bosque que fue sembrado con semillas de B. brizantha, y se dividieron en tres tratamientos (suelo control, suelo con fertilizado con aguas verdes y suelo con vermicompost). Se realizó un programa de fertilización con ambos abonos siguiendo el utilizado en la Finca los Lirales (Coronado), durante los 8 meses del período experimental. A los 0, 4 y 8 meses los suelos de los tratamientos fueron muestreados para su caracterización química, y para el análisis de las comunidades bacterianas mediante secuenciación masiva. Este proceso se realizó también a los abonos orgánicos provenientes de la misma finca. Además, se cuantificó el rendimiento de masa seca producida y el N foliar...
Evaluación del efecto del uso de distintos materiales secantes y diferentes tipos de pretratamiento en el proceso de compostaje doméstico en composteras giratorias
(2023) Monge Bolaños, Andrés Alberto; Chin Pampillo, Juan Salvador
El compostaje es un proceso de transformación biológica que permite la descomposición y estabilización de la materia orgánica. Esta técnica se ha vuelto relevante en Costa Rica, donde hasta un 60 % de los residuos sólidos recolectados por las municipalidades son biodegradables, con un incremento estimado en la generación por parte de las ciudades del 4 % anual en la última década. En respuesta a esta situación, han surgido iniciativas para la revalorización de estos residuos como el Plan Nacional de Compostaje derivado del Plan de Descarbonización 2018-2050 (Gobierno de la República de Costa Rica, 2019). Dentro de estas estrategias, destaca la promoción del com- postaje doméstico como una alternativa efectiva del tratamiento puntual de la fuente de residuos sólidos biodegradables con beneficios agregados, como la generación de abono, reducción de la contaminación y desarrollo de una economía circular. La función del material secante es fundamental en el compostaje, ya que contribuye di- rectamente a equilibrar la humedad y facilitar una estructura favorable para la degradación bajo condiciones aeróbicas. Con el objetivo de profundizar en la optimización del proceso de compostaje doméstico se desarrolló un diseño experimental factorial tipo 22, en el cual se evaluó el efecto de dos factores, el pretratamiento y el material secante (MS); a dos niveles, picado fino y picado grueso, y pellet de madera y cartón para huevos. El estudio se realizó en el cantón de Escazú, San José, durante los meses de Octubre 2022 a Febrero 2023. Se establecieron 4 tratamientos distintos: C1: Fino-Pellet, C2: Fino-Cartón, C3: Grueso-Cartón y C4: Grueso-Pellet y se corrieron tres ciclos de compostaje con una duración de dos meses cada ciclo, dividido en una fase activa de adición de material y una fase pasiva de cese de la adición y maduración del compost. Para comparar el uso e influencia de los factores, se caracterizó la capacidad...
Modelación matemática de la temperatura durante la torrefacción del cacao (Theobroma cacao L.) en un tostador cilíndrico con fuente de gas y otro con fuente eléctrica
(2023) Sandí Guzmán, Ana María; Vargas Elías, Guillermo Asdrúbal
El presente trabajo de graduación tiene como objetivo general modelar matemáticamente el perfil de temperatura durante el tueste para la predicción del nivel de torrefacción en los granos de cacao (Theobroma cacao L.) en un tostador cilíndrico de gas y uno eléctrico. Para ello, se realizó un diagnóstico detallado de ambos tostadores para describir el funcionamiento, en el cual se demostró que el calentamiento de ambos tostadores es creciente, sin embargo, en el tostador eléctrico el comportamiento es polinomial y en el de gas es exponencial creciente. En el caso del enfriamiento, en ambos tostadores se observó un comportamiento exponencial decreciente, con la particularidad de que el tiempo en el eléctrico toma media hora más en enfriar en comparación al tostador con fuente de gas, lo cual demuestra hermeticidad del equipo. Posteriormente, se utilizó como referencia la ecuación de ajuste del perfil de tueste de café que propuso Abarca (2017) y a partir de ella, se estableció el modelo matemático que se ajusta al perfil de tueste del cacao en cada equipo. Se comprobó que el nivel de tueste de cacao en ambos tostadores se puede predecir en función de la temperatura del perfil de tueste, y en el caso del tostador con fuente de gas, la predicción también se puede realizar en función del tiempo. Finalmente, a través de la comparación del perfil de temperatura entre los dos equipos durante la torrefacción del cacao, se demostró que por medio de los modelos evaluados se puede predecir la temperatura de torrefacción de los granos de cacao.
Evaluación de biopolímeros utilizados para empaque de alimentos empleados en condiciones de compostaje casero
(2023) Segura Rodríguez, Kevin; Beatriz Mazón Villegas
La demanda mundial de plásticos sigue en aumento, siendo los plásticos de un solo uso una problemática a nivel mundial, dado que por lo general terminan en la basura. Una alternativa para mitigar los efectos de los plásticos de fuentes fósiles son los bioplásticos, que se pueden producir a partir de biomasa o recursos alimentarios. Para su uso, es importante conocer la forma adecuada de desecharlos para que realmente cumplan con el objetivo por el cual fueron fabricados. Por este motivo, el compostaje de bioplásticos es una alternativa viable para revalorizar los bioplásticos que cumplieron su función principal. El éxito del compostaje de los bioplásticos depende de las propiedades específicas de cada material, entre otros factores. En esta investigación se analizó el proceso de compostaje casero en reactores tipo caja (RC) y reactores rotatorios (RR) de dos bioplásticos de 20 μm utilizados en la industria de alimentos (PLA y PBAT). Mediante el seguimiento de las normas AS 5810-2010 y UNE- EN ISO 20200:2015 para determinar el grado de desintegración de ambos bioplásticos. Para estudiar los cambios en los materiales que sugieran biodegradación se utilizaron técnicas de caracterización de materiales como TGA, DSC, FTIR y SEM. Luego del proceso de compostaje se realizaron análisis del compost final (CF) resultante de los tratamientos (PLA, PBAT y control) de los dos sistemas de compostaje (RC y RR) incluidos en este estudio. La finalidad es determinar si hay efecto de los bioplásticos sobre las propiedades iniciales del residuo sintético en comparación con los tratamientos. Finalmente, se utilizó la norma AS 5810-2010 en complemento con la UNE-EN 13432:2001 para establecer la ecotoxicidad del compost resultante en la germinación, crecimiento y biomasa de plantas de lechuga (Lactuca sativa L.) y cebolla (Allium cepa L). El PLA en RC se desintegró un 6,1 %, y en RR un 97,5%. El PBAT se desintegró...
Diseño preliminar de un humedal artificial para tratar el efluente generado en el proceso productivo de un ingenio azucarero localizado en Alajuela
(2023) Solís Núñez, Sofía; Aguilar Álvarez, Ronald Esteban
La industria azucarera se caracteriza por verter cantidades considerables de aguas residuales con altas concentraciones de materia orgánica y contaminantes que los obliga a implementar sistemas de tratamiento de aguas residuales, previo al vertido en los cuerpos de agua. El presente estudio se realizó en un ingenio azucarero localizado en Alajuela, que se caracteriza por implementar diferentes acciones para reducir su impacto ambiental, como lo es una planta de tratamiento para sus vertidos. Si bien la empresa ya cuenta con un sistema de tratamiento, se tiene la oportunidad de mejorar el sistema. A partir de ello, el objetivo de este estudio consistió en realizar el diseño preliminar de un humedal artificial para reducir la concentración de los contaminantes en el efluente y propiciar un biosistema que atraiga fauna y armonía con el medio ambiente. El primer objetivo específico consistió en la identificación de las etapas y componentes del sistema de tratamiento actual, la determinación del caudal que ingresa al sistema y la caracterización fisicoquímica del agua residual. Por lo que se tuvo como resultados, que el sistema de tratamiento de aguas residuales se encuentra conformado por un tratamiento preliminar, primario y secundario, así como una pila de lodos. Además, se determinó que el caudal promedio en actividad productiva es de 0,26 L/s, lo que brinda tiempos de retención hidráulica de 5 horas para el decantador primario y de 13 horas para el secundario. En cuanto a la caracterización fisicoquímica del agua residual, se obtuvo que se cumple con la mayoría de los límites establecidos por el Reglamento de Vertido y Reúso de Aguas Residuales (decreto N° 33601), exceptuando la materia orgánica y la concentración de pH. El segundo objetivo específico tuvo como finalidad diseñar y construir modelos de los humedales artificiales a escala laboratorio...
Análisis de la viabilidad de la producción de mermelada a partir de la fruta Physalis peruviana L (Uchuva)
(2023) Parajeles Blanco, Ariana Lucía; Mazón Villegas, Beatriz
El presente estudio se enfocó en analizar la viabilidad tecno-económica de la producción de mermelada a partir de la fruta Physalis peruviana L, conocida como uchuva en Costa Rica y en otros países. Para llevar a cabo esta investigación se realizó la caracterización de las propiedades físicas y químicas de la fruta fresca a lo largo de nueve meses. El pH no presentó diferencias a lo largo de la época de cosecha, mientras que el resto de las propiedades evaluadas si presentaron diferencias. Adicionalmente, las pruebas de almacenamiento de la fruta en congelación durante 22 días a -20 ◦C revelaron que las propiedades de pH, grados Brix y actividad de agua no varían luego del proceso de congelación y descongelación de la fruta, permitiendo almacenarla congelada para pro- ducir mermelada posteriormente. Mientras que las pruebas de refrigeración determinaron que el valor máximo de los grados Brix se alcanza a los 14 días. En total se establecieron dos formulaciones para llevar a cabo el proceso de elaboración de mermelada de uchuva. El proceso de elaboración consideró la norma CODEX STAN 296-2009 y el Reglamento Técnico Centroamericano RTCA 65.05.63:13. Para definir el proceso se realizó el balance de masa y energía para cada formulación. Además, se caracterizó la actividad de agua y el pH de cada uno de los lotes producidos. Dentro del proceso de producción de mermelada, se logró obtener un rendimiento promedio de la fruta 76,88 % luego del pelado y la selección. El rendimiento de la producción de mermelada promedio fue de 80,85 % desde el proceso de cocción hasta su almacenamiento. El panel sensorial determino que no existe alguna preferencia sobre alguna de las dos mermeladas, encontrando la A más dulce y la B más ácida...
Estudio comparativo de indicadores físicos, químicos y microbiológicos de calidad de suelo en plantaciones de palma aceitera con uso de enmiendas orgánicas y manejo convencional en Quepos, Costa Rica
(2023) Rodríguez Cordero, Tomás Andrés; Ávila Villalobos, Daniel Alberto; Alfaro Santamaría, Marianela
La palma aceitera (Elaeis guineensis) corresponde al principal cultivo oleaginoso a nivel mundial debido a su alta productividad y ciclo de vida. Para suplir la demanda nutricional del cultivo de palma de aceite se utilizan fertilizantes convencionales, los cuales se traducen en altos costos económicos y dependencia del mercado internacional de fertilizantes sintéticos. En el proceso de extracción de aceite de palma, se generan gran cantidad de residuos orgánicos como fibras, cenizas y lodos provenientes de las lagunas de oxidación. Estos residuos bajo el marco de economía circular, se pueden revalorizar y aplicar en campo como enmiendas orgánicas para el mejoramiento de la calidad de los suelos. Se ha observado en la literatura que el uso de enmiendas orgánicas trae consigo una serie de beneficios para los cultivos y mejora la calidad de los suelos agrícolas, al mismo tiempo que promueve los postulados de la agricultura climáticamente inteligente y la adaptación y resiliencia ante el cambio climático. Esta investigación tiene como objetivo determinar si la aplicación de enmiendas orgánicas en el suelo de plantaciones de palma aceitera presenta algún efecto considerable en la producción y manejo del cultivo. En el presente estudio se realizó una comparación de indicadores físicos, químicos y microbiológicos de calidad del suelo, así como la productividad en plantaciones de palma aceitera de la empresa Palma Tica S.A. bajo los tratamientos de adición de enmiendas orgánicas y fertilización convencional. Además, se determinó el Índice de Calidad del Suelo Aditivo (ICSA) para ambos tratamientos. Se realizaron muestreos de suelo a una profundidad de 0-20 cm. Los indicadores de calidad físicos analizados fueron: densidad aparente y porosidad, conductividad hidráulica, infiltración, resistencia a la penetración y materia orgánica. Los indicadores de calidad químicos analizados...
Implementación de un sistema de enfriamiento evaporativo para ganado lechero en la Estación Experimental Alfredo Volio Mata
(2021) Baradín Sandí, Francisco; Carmona Villalobos, Geovanni
El estrés por calor en las vacas lecheras se genera cuando las condiciones ambientales y fisiológicas de los animales provocan que estas produzcan más calor del que son capaces de disipar mediante la respiración o la evaporación. Este tipo de estrés puede tener efectos adversos sobre la salud de los animales, afectando consecuentemente variables como su producción de leche o rendimiento reproductivo. El trabajo desarrollado en la Estación Experimental Alfredo Volio Mata (EEAVM) incluyó la instalación de un sistema de enfriamiento evaporativo (SEE) para ganado lechero, que disminuyera el efecto del estrés por calor que las condiciones climáticas del lugar pudiesen estar teniendo sobre ellas. El SEE instalado se ubica en la sala de espera previo a la sala de ordeño, donde el hato de vacas se reúne en un espacio semicerrado mientras esperan su momento para ser ordeñadas. Este sistema consta de un sistema aéreo de aspersión de agua y un sistema de ventilación compuesto por dos ventiladores instalados para dicho fin. Con el objetivo de validar el funcionamiento del SEE se midió el efecto de este sobre el Índice de Temperatura-Humedad (ITH) en la sala de espera y también la temperatura corporal de las vacas; así como variables fisiológicas en los animales, específicamente la producción y calidad de la leche y el rendimiento reproductivo. En general, el SEE logró una disminución promedio de 2,91 puntos del ITH en la sala de espera cuando estuvo en funcionamiento. En cuanto a la temperatura corporal, se logró observar que el grupo de vacas expuestas al SEE presentaba temperaturas corporales de 3,97 °C menores a aquellas que no fueron expuestas al SEE. Sin embargo, este efecto no se vio reflejado sobre la cantidad de leche producida por dichas vacas, ni tampoco sobre parámetros de calidad como la cantidad de grasa o proteína en la leche, o el conteo de células somáticas (CCS); ya que ambos bloques experimentales no presentaron...
Plan maestro de acueducto para la Municipalidad de Naranjo: Acueducto de San Jerónimo
(2010) Cubero Rojas, Jonathan; Govaere Vicarioli, Georges
En este estudio se hace un diagnóstico de la situación actual del acueducto de San Jerónimo, se analizan los datos poblacionales, los recursos hídricos identificados ilustrando la cantidad y la calidad del agua, se analizan los sistemas de abastecimiento existentes y se analizan distintos aspectos como identificación de zonas homogéneas, las actividades económicas de la comunidad, la situación organizativa y la situación institucional en la zona. También se realiza un estudio de la demanda y oferta de agua en este municipio. La conclusión más importante a la que se llega es que hay suficientes recursos hídricos tipo manantial para satisfacer la demanda de la población actual y futura en un sistema por gravedad, sin embargo la mayor preocupación es que se identifican problemas a corregir entre ellos que los manantiales son de propiedad particular y vulnerables a la contaminación, y no hay algún planeamiento en el ámbito legal. Se establecen los criterios para la planificación y diseño de las actuaciones de abastecimiento y los criterios técnicos de cálculo. La tesis define y aplica una metodología de cálculo de infraestructuras de abastecimiento teniendo en cuenta aspectos legales, comunales, ambientales y la necesidad de proyección de la población. Finalmente del análisis de la información recopilada en campo, y de la recopilación de información a partir de la modelación de los sistemas y de los problemas del recurso hídrico en la zona, definen y se calculan las actuaciones y las inversiones necesarias, basándose en el presupuesto preliminar establecido Como resultado final se obtiene una programación de las inversiones necesarias para facilitar la planificación de las inversiones a realizar en toda la zona. El objetivo principal del estudio fue el establecimiento de líneas de desarrollo en materia de abastecimiento de agua que deberán ser seguidas....
Diseño de un sistema de humedales artificiales de flujo subsuperficial vertical para el tratamiento de aguas residuales porcinas en la finca Linda Vista en Santa Cruz de Turrialba
(2023) Vásquez Alvarado, Tatiana; Aguilar Álvarez, Ronald Esteban
El recurso hídrico es uno de los más valiosos que nos brinda la naturaleza y es cada vez más escaso, además, el agua utilizada en procesos industriales no se reincorpora con la misma calidad al ambiente. La industria ganadera para producción de cerdos se encuentra en constante crecimiento, por lo que cada vez se incrementa más la producción de residuos porcinos y muchas fincas a nivel nacional no cuentan con tratamientos para las aguas residuales que generan. Los humedales artificiales representan una alternativa económica y eficiente que podría emplearse para tratar esos remanentes en las fincas porcinas del país. Por lo tanto, este proyecto consiste en evaluar la eficiencia del tratamiento de aguas residuales de origen porcino mediante sistemas de sedimentadores y humedales artificiales de flujo subsuperficial vertical (HSSFV), utilizando tres diferentes materiales en los humedales: piedras de río (PR), roca volcánica basáltica (RV) y tapas plásticas (TP) como medios de soporte en sistemas a escala piloto para luego establecer un diseño para la finca Linda Vista en Santa Cruz de Turrialba. El estudio se llevó a cabo utilizando nueve HSSFV, tres por cada tratamiento (PR, RV y TP), plantados con Botón de Oro (Tithonia diversifolia). El objetivo específico 1 consistió en la implementación de los tres sistemas individuales a escala piloto de HSSFV. Previo a su instalación fue necesario caracterizar las condiciones de la finca Linda Vista y de las aguas residuales producidas. Las aguas residuales consisten en excreta porcina y restos de alimento concentrado mezclados con el agua cuando se hace un barrido en húmedo del piso. El barrido con agua genera un agua residual con una carga inicial de materia orgánica de 32887,5 mg DQO/L y un consumo de agua de 1,66 m3/d. Esta carga es muy alta para ser tratada por sistemas de humedales. Se propuso un barrido en seco de las excretas previo al lavado con agua de las porquerizas...
Modelación y mapeo de flujo de lodos y detritos en la cuenca del río Zapote
(2020) Fallas Salazar, Sebastián José; Rojas González, Alejandra
El presente trabajo surgió de la necesidad de desarrollar investigación en un tema poco trabajado en el país como son las inundaciones que se ven agravadas por el material aportado por los deslizamientos en el río, generando un flujo de lodos y detritos. La inestabilidad climática de los últimos años, el aumento de la población y la falta de planes territoriales en el país, han provocado que la población se vea afectada por desastres más intensos, con pérdidas humanas y económicas. Esto, ha hecho que aumente la preocupación por ayudar a la población y generar información de amenazas que se utilicen en los planes de emergencia de las localidades para afrontar mejor estos fenómenos. El uso de modelos hidráulicos bidimensionales con capacidad de simular flujos concentrados o no newtonianos es necesario y se convierte en una herramienta para generar la información que se necesita para determinar la amenaza o peligrosidad de los flujos de detritos. Anteriormente, en el país se han usado modelos de una dimensión y dos dimensiones con flujo newtoniano, los cuales no pueden simular adecuadamente los cambios en la dirección del flujo en ríos trenzados o con meandros y concentraciones volumétricas de sedimentos. El presente trabajo se desarrolló en la zona de la cuenca alta del Río Zapote en Upala donde se realiza una caracterización fisiogeográfica, una modelación hidrológica utilizando HEC-HMS para obtener los hidrogramas del evento del huracán Otto usando el algoritmo del Hydro- Estimator y la estación meteorológica de Bijagua. Se analizaron los caudales con periodos de retorno de precipitación para 5, 10, 25, 50 y 100 años. Posteriormente, se hizo un análisis de suelos, para obtener la granulometría y los límites plástico y líquido para conocer el tipo de suelo y modelar el flujo de lodos. Finalmente, se realizó la modelación hidráulica bidimensional...
Ruta de selección tecnológica para el aprovechamiento bioenergético de la gallinaza a partir de modelación computacional enfocada en procesos termoquímicos
(2023) Villamil Chinchilla, Emanuel Alberto; Solís Ramírez, Kattia de los Ángeles
La industria avícola ha tenido un elevado crecimiento a nivel mundial, por lo que resulta muy importante hacer que este sector sea eficiente en todos sus procesos. Uno de los principales subproductos de la producción de huevo mecanizada es la gallinaza, compuesta por las excretas de las gallinas. El mal manejo de estos residuos puede suponer problemas ambientales y sanitarios importantes. Esta investigación brinda un análisis de los principales procesos termoquímicos, empleando a la gallinaza como combustible bioenergético. El objetivo general es establecer una ruta de selección tecnológica para el aprovechamiento termoquímico de la gallinaza de la empresa Yema Dorada. Para esto, se caracterizó fisicoquímicamente a la gallinaza de galpones mecanizados. Luego se realizaron tres simulaciones en el software Aspen Plus, para modelar los procesos de combustión, pirólisis y gasificación, las cuales fueron validadas con datos de otras investigaciones. Finalmente, se evaluó el poder calorífico inferior y la exergía de los productos termoquímicos de los tres procesos alimentados con las 11 toneladas/día de gallinaza. La gallinaza de la empresa Yema Dorada obtuvo un poder calorífico superior (PCS) de 14 MJ/kg y una exergía de 1839,12 MJ/h. Para la pirólisis, el biochar tuvo un poder calorífico inferior (PCI) de 19,73 MJ/kg, el bioaceite de 31,81 MJ/kg y el gas de pirólisis de 15,45 MJ/kg, brindando los tres productos un total exergético de 1690,53 MJ/h. La gasificación brindó un gas de síntesis con un PCI de 9,13 MJ/kg y una exergía de 3088,45 MJ/h, por lo que, según los análisis realizados, esta sería la ruta óptima para aprovechar la energía de la gallinaza.
Caracterización del proceso y calidad de compost obtenido de la degradación de materiales poliméricos biodegradables a través del compostaje, utilizados para el empaque de alimentos (PLA y PBAT)
(2023) Torrez Sequeira, Yeimy Elizabeth; Mazón Villegas, Beatriz
Los polímeros biodegradables son una alternativa para reducir el uso de plásticos desechables o de un solo uso. Sin embargo, la producción de polímeros biodegradables no garantiza un impacto mínimo en el medio ambiente, por lo tanto, el proceso de producción y la eliminación final deben ser controlados y regulados adecuadamente. El compostaje es una tecnología que permite el procesamiento de materiales de empaque biodegradables, produciendo compost como producto y promoviendo una economía circular. La norma UNE-EN ISO 20200:2015 permite determinar el grado de desintegración de materiales plásticos bajo condiciones de compostaje simuladas en un ensayo de laboratorio. La norma UNE-EN 13432:2001/AC:2005 permite evaluar la calidad del compost mediante ensayos de fitotoxicidad, en diferentes combinaciones de mezcla de tierra comercial (TC) y compost producido del compostaje de biopolímeros. En el presente estudio, se caracterizó el proceso, el grado de desintegración y la calidad del compost obtenido del compostaje de polímeros biodegradables utilizados en la agroindustria para el empaque de alimentos, específicamente (Ácido poliláctico) PLA y poli (Butilén Adipato-co- Tereftalato) PBAT, en condiciones de laboratorio. El compostaje de los polímeros y un grupo control (sin adición de polímeros) se realizó a escala de laboratorio, en condiciones termofílicas a 58 °C, durante 12 semanas, según lo estipulado en la norma UNE-EN ISO 20200:2015. Durante el proceso de compostaje se extrajeron muestras de ambos polímeros para caracterizar su degradación mediante análisis de microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), análisis termogravimétrico (TGA) y calorimetría de barrido diferencial (DSC). La influencia de la degradación de los polímeros biodegradables en la composición del compost se determinó primero...
Producción mixotrófica de hidrógeno usando la microalga Chlorella vulgaris G120 creciendo en agua de descarga de caña de azúcar y purines porcinos
(2022) Zúñiga Moreno, José Pablo; Aguilar Álvarez, Ronald Esteban
Esta investigación motivada en la economía circular evaluó una nueva forma de revalorizar la melaza de caña de azúcar y los purines porcinos, ambos subproductos agrícolas. Estos se probaron como una fuente revalorizable de nutrientes para intentar sustituir la glucosa pura y el nitrato de potasio respectivamente, ambos insumos de uso tradicional necesarios para la producción de biomasa microalgal de Chlorella vulgaris cepa G120. Esto con el fin de intentar volver más rentable una emergente tecnología de producción de biogás rico en hidrógeno con potencial biocombustible aprovechando el metabolismo de esta microalga. Así mismo, a la vez que se reduce la carga contaminante de dichos subproductos agrícolas que son generalmente aguas de descarga. En una primera etapa se evaluó la capacidad de crecimiento microalgal y la concentración de clorofila en células de la Chlorella vulgaris cuando se usó los medios nutritivos tradicionales con glucosa y nitrato de potasio. Esto bajo las tres rutas tróficas posibles de la microalga: autotrofía (usando solamente minerales (K3)), mixotrofía y heterotrofía (usando glucosa con minerales (GM)). Se obtuvieron los siguientes rendimientos en términos de biomasa microalgal seca, de mayor a menor, con la mixotrofía (5.58 ± 0.31 g/L), la heterotrofía (4.23 ± 0.12 g/L) y la autotrofía (1.05 ± 0.05 g/L). Y una concentración de clorofila en las células con autotrofía (4.56 ± 1.36%) fue significativamente mayor que en mixotrofía (2.01 ± 0.23%) y heterotrofía (1.22 ± 0.17%), siendo estas últimas sin diferencias significativas. En las pruebas de mixotrofía y heterotrofía la glucosa se consumió completamente. Estos resultados demuestran la capacidad de la microalga de seguir acumulando biomasa aprovechando la energía de carbohidratos exógenos para crecer cuando necesita dispensar parcial o completamente de la luz, lo cual es importante...
Aplicación de ácido poliláctico como empaques para ensaladas mínimamente procesadas previamente tratadas con aceites esenciales
(2023) Vargas Torres, Valeria Adi; Mazón Villegas, Beatriz
Las tendencias actuales del mercado exigen productos convenientes, nutritivos, naturales y con una alta reflexión medioambiental. El consumo de productos mínimamente procesados ha tenido un aumento significativo en las últimas décadas, posicionándose en una de las industrias alimentarias más importantes. Además, el impacto negativo de los empaques utilizados en estas industrias hace necesaria la aplicación y búsqueda de materiales sostenibles basados en derivados de los recursos naturales. La aplicación de ácido polilático (PLA) como material de empaque compostable se evaluó para ensaladas mínimamente procesadas tratadas previamente con aceites esenciales. Primero, se determinó el efecto en los parámetros fisicoquímicos de ensaladas mínimamente procesadas empacadas en dos tipos de empaques compostables (ácido poliláctico de 40𝜇𝑚 y Classpack (combinación de 32 𝑔/𝑚2 de papel Kraft con 20 𝜇𝑚 de ácido poliláctico) y el tratamiento previo con tres tipos de aceites esenciales, limón (Citrus limon), naranja (Citrus sinerensis) y romero (Rosmarinus officinalis). Como parámetros se evalúan la pérdida de peso, la interacción de los gases oxigeno (𝑂2) y dióxido de carbono (𝐶𝑂2), el pH, la apariencia visual y el cambio de color; en un periodo de almacenamiento de 10 días. Luego, se evaluó el agrado y la percepción sensorial de la aplicación los tres tipos de aceites esenciales en las ensaladas. Para esto se contó con la participación de 66 panelistas no entrenados quienes calificaron el nivel de agrado de las ensaladas con una escala hedónica. Por último, la propiedad de barrera de los materiales de empaque al vapor de agua se analizó siguiendo el procedimiento de la norma ASTME-96. El empaque que presentó una mayor pérdida de peso durante el almacenamiento es el Classpack 20 𝜇𝑚. El aceite de romero para ambos empaques es el que presenta una menor variación en el peso. El empaque Classpack...
Diseño hidráulico de canales primarios y secundarios para riego en el bloque 4 de la margen derecha del río Tempisque PAACUME-SENARA
(2023) Campos Coto, Esteban José; Rojas González, Alejandra
La provincia de Guanacaste se ha caracterizado por ser una zona de importancia agrícola y ga- nadera. Las condiciones climáticas imperantes en la provincia, han provocado el establecimiento de una agricultura de secano y explotación de mantos acuíferos, principalmente en la época seca. Para solucionar esto, PAACUME-SENARA plantea una red de distribución de agua para riego por medio de canales abiertos constituida por cinco bloques. Estos bloques son diseñados utilizando levantamientos topográficos LIDAR de alta resolución y herramientas como Civil 3D, H-Canales y Excel para el diseño hidráulico, de forma que se aproveche al máximo el caudal proveniente de las aguas remanentes de las hidroeléctricas del embalse arenal. La creación de los canales del bloque 4 posibilitará el desarrollo de planes de agricultura en aproximadamente 1972,4 hectá- reas, abarcando principalmente los distritos de San Blas, Belén, Comunidad y Palmira. Facilitar el acceso al agua incrementará la productividad de pequeños agricultores, generando un beneficio socio-económico y un mercado más competitivo. El objetivo de este trabajo es realizar el diseño hidráulico de canales primarios y secundarios para riego en el bloque 4 de la marguen derecha de PAACUME-SENARA, e integrarlo a la red original del DRAT. Para esto se diseñaron un total de 23,77 km de canales primarios revestidos en concreto, 9,84 km de canales secundarios utilizando tuberías a baja presión, y demás estructuras hidráulicas como sifones invertidos y represas. En total el diseño permitirá transportar 2,67 m3/s para riego y 2 m3/s para agua potable y turismo en Papagayo.
Evaluación del sistema de transferencia de calor para el aire de secado del café en el Beneficio Central de Coopetarrazú
(2022) Castillo Herrera, Christopher Alberto; Casanova Treto, Pedro
Actualmente en el Beneficio Central de Coopetarrazú, se tiene el problema de inestabilidad de temperatura del aire de secado, donde el principal problema es su disminución por debajo de 50 °C, lo que ocasiona que el tiempo de secado se prolongue. El beneficio expresa que lo ideal sería contar con una temperatura de 60 °C estable, debido al alto volumen de café procesado. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo consistió en evaluar tres intercambiadores de calor representativos correspondientes a tres secadoras de 60 quintales, con el fin de proponer mejoras al sistema y así aumentar la eficiencia del proceso de secado. Inicialmente se determinaron los parámetros de operación del aire que garanticen la calidad del producto final, seguidamente se determinaron las condiciones de operación actuales, con el objetivo de conocer la eficiencia actual del proceso, posteriormente se propusieron las mejoras correspondientes y por último con base en estas se realizó una simulación del proceso de transferencia de calor para validar dichas mejoras. Para la primera etapa mediante la revisión de investigaciones, se llegó a la conclusión de que superar una temperatura de 60 °C en el aire de secado generará una pérdida de la calidad fisiológica y sensorial del café. Por otra parte, al carecerse de información técnica de las secadoras, se debió calcular cual es el flujo de aire bajo el cual el secado en estas máquinas es eficiente, obteniendo como resultado un flujo volumétrico de 7 662,40 m 3 /h a una temperatura de 60 °C, por lo que se deben emplear ventiladores de 10 000 m 3 /h, debido a que por lo general en el mercado se encuentran ventiladores de 7 500 m3 /h seguidos por los anteriormente mencionados. Actualmente la razón de transferencia de calor en los intercambiadores 19, 24 y 27 es de 104,95 kW; 102,34 kW y 95,75 kW, respectivamente, donde estas deberían ser cercanas a los 125 kW por el empleo de un flujo...

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