Escuela de Ciencia e Ingeniería de los Materialeshttps://hdl.handle.net/2238/105542024-03-28T17:31:42Z2024-03-28T17:31:42ZDiseño de un manual de selección de materiales de construcción de instrumentos de medición de flujo, presión y temperatura que ofrece la empresa Emerson Electric Costa Rica Limitada de acuerdo con las características y requerimientos de los ambientes en los que se desempeñanChavarría-Ledezma, Abril Iránhttps://hdl.handle.net/2238/149822024-02-19T21:32:45Z2023-11-01T00:00:00ZDiseño de un manual de selección de materiales de construcción de instrumentos de medición de flujo, presión y temperatura que ofrece la empresa Emerson Electric Costa Rica Limitada de acuerdo con las características y requerimientos de los ambientes en los que se desempeñan
Chavarría-Ledezma, Abril Irán
Este proyecto fue desarrollado para la empresa Emerson Electric Costa Rica Limitada,
localizada en San Rafael de Escazú y consiste en el diseño de un manual de selección de
materiales de construcción de instrumentos de medición de flujo, presión y temperatura que
ofrece la empresa Emerson Electric Costa Rica Limitada de acuerdo con las características y
requerimientos de los ambientes en los que se desempeñan una vez son adquiridos por el
cliente. Durante el diseño de este manual se estudiaron los diferentes materiales de
construcción de los medidores disponibles en la empresa y los diferentes ambientes a los que
estos son sometidos con mayor frecuencia en la industria. Se realiza una investigación
bibliográfica de cada uno de los diferentes materiales y los respectivos entornos para, con esta
información, poder realizar un análisis comparativo basado en la durabilidad y resistencia a la
corrosión de cada material mediante el uso del software Granta CES Edupack, esto con el fin
de determinar cuáles materiales son aptos para trabajar en conjunto con determinados entornos,
además de un análisis económico y ambiental que conlleva el uso de cada material. Una vez
obtenidos los resultados de los diferentes análisis se expone ante el asesor industrial y demás
ingenieros involucrados en el proceso y se llega a un acuerdo de selección de materiales para
llevar a cabo una capacitación del personal encargado de realizar las revisiones técnicas de las
órdenes de compra. Se concluye con el diseño de un folleto informativo de selección de
materiales, el cual servirá como herramienta de guía para poder escoger de manera correcta y
eficaz los medidores de flujo, presión y temperatura en sus tareas de trabajo diarias.; This project was developed for the company Emerson Electric Costa Rica Limitada, located in
San Rafael, Escazú and consists of the design of a manual for the selection of construction
materials for flow, pressure and temperature measurement instruments offered by the company
Emerson Electric Costa Rica Limited according to the characteristics and requirements of the
environments in which they operate once they are acquired by the client. During the design of
this manual, the different construction materials of the meters available in the company and the
different environments to which they are most frequently subjected in the industry were
studied. A bibliographic research is carried out on each of the different materials and the
respective environments in order to, with this information, be able to carry out a comparative
analysis based on the durability and corrosion resistance of each material through the use of
the Granta CES Edupack software, this with in order to determine which materials are suitable
to work together with certain environments, in addition to an economic and environmental
analysis that the use of each material entails. Once the results of the different analyzes have
been obtained, they are presented to the industrial advisor and other engineers involved in the
process and an agreement is reached on the selection of materials to carry out training for the
personnel in charge of carrying out the technical reviews of the production orders. buys. It
concludes with the design of an informative material selection brochure, which will serve as a
guiding tool to choose flow, pressure, and temperature meters correctly and effectively in your
daily work tasks.
Proyecto de Graduación (Licenciatura en Ingeniería en Materiales) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ciencia e Ingeniería de los Materiales, 2023.
2023-11-01T00:00:00ZDiseño y evaluación de un dispositivo de filtración poroso para la purificación de biogás de uso domésticoMorales-Sánchez, Roger Estevenhttps://hdl.handle.net/2238/149532024-01-31T22:08:50Z2023-11-23T00:00:00ZDiseño y evaluación de un dispositivo de filtración poroso para la purificación de biogás de uso doméstico
Morales-Sánchez, Roger Esteven
Este proyecto de investigación se enfocó en el diseño y evaluación experimental de un dispositivo de filtración poroso para analizar el flujo y la caída de presión en un filtro al variar la geometría de los materiales filtrantes. Excluyendo la complejidad del biogás y su contenido de H2S, se llevaron a cabo pruebas de laboratorio centradas en aspectos fluidodinámicos bajo flujo de aire. Se completó un circuito experimental con instrumentación para medir flujo y caída de presión en los materiales filtrantes. Se desarrollaron tres dispositivos de purificación de biogás para entornos domésticos, diferenciados por materiales y capacidad de filtración. Dos filtros se fabricaron con PVC, mientras que el tercero utilizó policarbonato, permitiendo la visualización directa del material filtrante debido a su transparencia. Las pruebas se realizaron con el primer filtro (300 mm de largo y 44 mm de diámetro) con diferentes geometrías de material filtrante: esferas de vidrio (16,48 mm de diámetro), cilindros de plástico ingenieril (12,4 mm de largo y 6,35 mm de diámetro) y cilindros de arcilla (13,76 mm de largo y 5,74 mm de diámetro). Los resultados destacan que la geometría del material tiene un impacto significativo en la caída de presión. En el caso de la geometría esférica, la caída de presión es lineal y aumenta con el incremento de presión del manómetro y el caudal; mientras que, para los cilindros de plástico ingenieril como material filtrante, la caída de presión es lineal, pero disminuye al aumentar la presión del manómetro y el caudal. Por otro lado, los cilindros de arcilla mantuvieron una caída de presión constante, independientemente de las variaciones en la presión o caudal. Este estudio destaca la influencia directa de la geometría del material filtrante en el comportamiento de la caída de presión, brindando información valiosa para el diseño y optimización de dispositivos de filtración porosos.; This research project focused on the experimental design and evaluation of a porous filtration device to analyze flow and pressure drop in a filter by varying the geometry of the filtering materials. Excluding the complexity of biogas and its H2S content, laboratory tests were conducted focusing on fluid dynamic aspects under airflow. An experimental setup with instrumentation to measure flow and pressure drop in the filtering materials was completed. Three biogas purification devices for domestic environments were developed, differentiated by materials and filtration capacity. Two filters were made of PVC, while the third used polycarbonate, allowing direct visualization of the filtering material due to its transparency. Tests were carried out using the first filter (300 mm long and 44 mm in diameter) with different geometries of filtering material: glass spheres (16.48 mm in diameter), engineering plastic cylinders (12.4 mm long and 6.35 mm in diameter), and clay cylinders (13.76 mm long and 5.74 mm in diameter). The results highlight that the material's geometry significantly impacts pressure drop. In the case of spherical geometry, pressure drop is linear and increases with the manometer pressure and flow rate. Meanwhile, for engineering plastic cylinders as filtering material, pressure drop is linear but decreases with an increase in manometer pressure and flow rate. On the other hand, clay cylinders maintained a constant pressure drop, regardless of variations in pressure or flow rate. This study emphasizes the direct influence of filtering material geometry on pressure drop behavior, providing valuable information for the design and optimization of porous filtration devices.
Proyecto de Graduación (Licenciatura en Ingeniería en Materiales) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ciencia e Ingeniería de los Materiales, 2023.
2023-11-23T00:00:00ZModelación y simulación de un dispositivo de refinación del biogás empleado para la eliminación del sulfuro de hidrógeno mediante el software COMSOL MultiphysicsRobles-Sandoval, Liz Yarianahttps://hdl.handle.net/2238/145572023-08-31T21:38:25Z2023-06-01T00:00:00ZModelación y simulación de un dispositivo de refinación del biogás empleado para la eliminación del sulfuro de hidrógeno mediante el software COMSOL Multiphysics
Robles-Sandoval, Liz Yariana
En este proyecto se trabajó en el desarrollo de un modelo y una simulación para la eliminación del sulfuro de hidrógeno (H2S) del biogás; debido a lo peligroso que es este compuesto tanto para las personas, como el ambiente y los dispositivos donde se emplea el biogás. Para generar el modelo se escogió como base un filtro de carbón activado previamente implementado en los biodigestores del programa “Biogás para Todos” y se estudió el mecanismo mediante que rige la filtración del H2S con el carbón activado. Se decidió utilizar el software de COMSOL Multiphysics para llevar a cabo el proyecto; se analizaron 2 tutoriales diferentes. Se realizaron varias modificaciones a los modelos base de los tutoriales con el fin de entender el efecto de los diferentes parámetros requeridos, Se procedió a realizar un primer modelo al cual posteriormente se realizaron diversas modificaciones para adaptarlo lo más posible a la realidad del mecanismo de desulfuración mediante las propiedades obtenidas experimentalmente y de la literatura. Adicionalmente, se cambió de geometría para contemplar la ubicación de los filtros en el sistema de generación del biogás. Se emplearon las “Ecuaciones de Brinkman” para estudiar la mecánica del fluido y “Transporte de Especies Diluidas en Medios Porosos” para la filtración del biogás. Se obtuvo para el modelo final una caída de presión de aproximadamente 26.87 Pa a lo largo del filtro. Respecto al campo de velocidad, se observó que cuando el fluido llega al filtro disminuye su valor considerablemente y se vuelve constante y homogéneo a lo largo del filtro; a la salida de este, el campo de velocidad aumenta nuevamente sin llegar al valor máximo original. Finalmente, se obtuvo una baja efectividad teórica del filtro usando el modelo planteado, ya que esté logra eliminar una cantidad mínima del sulfuro de hidrógeno que entra al filtro. Este resultado se pudo deber a que no se cuenta con datos experimentales básicos para la simulación adecuada del mecanismo, como lo es la constante de velocidad de reacción de la oxidación del H2S y la concentración de oxígeno presente en el carbón activado.; In this project, a model and simulation for the removal of hydrogen sulfide (H2S) from biogas was developed, considering its hazardous nature for humans, the environment, and the devices used in biogas applications. An activated carbon filter was chosen as the basis for the model, which had been previously implemented in the biodigesters of the "Biogas for All" program. The mechanism governing the filtration of H2S using activated carbon was studied. It was decided to use COMSOL Multiphysics software to deploy the project and two different tutorials were analyzed for guidance. To understand the effect of the different required parameters, several modifications were made to the base models from the tutorials. Initially, a first model was generated, and then various adjustments were made to it to align it as closely as possible with the reality of the desulfurization mechanism by using experimentally obtained properties and relevant literature data. Additionally, the geometry was changed to account for the placement of the filters in the biogas generation system. The "Brinkman Equations" were used to study fluid mechanics and "Transport of Diluted Species in Porous Media" for biogas filtration. The final model showed a pressure drop of approximately 26.87 Pa across the filter. Regarding the velocity field, it was observed that when the fluid enters the filter, its value decreases significantly and becomes constant and homogeneous along the filter. At the filter outlet, the velocity field increases again without reaching the original maximum value. Ultimately, a low theoretical effectiveness was obtained for the filter using the proposed model, as it only managed to remove a minimal amount of H2S entering the filter. This result may be attributed to the lack of basic experimental data required for an accurate simulation of the mechanism, such as the reaction rate constant for H2S oxidation and the concentration of oxygen present in the activated carbon.
Proyecto de Graduación (Licenciatura en Ingeniería en Materiales) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ciencia e Ingeniería de los Materiales, 2023.; Esta tesis cumple con el objetivo ODS 7:
garantizar el acceso a una energía asequible, fiable, sostenible y moderna para todas las personas.
Meta a:
aumentar la cooperación internacional para facilitar el acceso a la investigación y la tecnología relativas a la energía limpia, incluidas las fuentes renovables, la eficiencia energética y las tecnologías avanzadas y menos contaminantes de combustibles fósiles, y promover la inversión en infraestructura energética y tecnologías limpias.
2023-06-01T00:00:00ZDiseño de un horno que use biogás como combustible para la activación de carbón vegetal utilizado en la desulfuración de biogásSáenz-Zúñiga, Calet Franciscohttps://hdl.handle.net/2238/144782023-08-21T20:50:02Z2023-01-01T00:00:00ZDiseño de un horno que use biogás como combustible para la activación de carbón vegetal utilizado en la desulfuración de biogás
Sáenz-Zúñiga, Calet Francisco
Este proyecto fue desarrollado con el proyecto Biogás Para Todos del Instituto Tecnológico de Costa Rica y la Finca Cipreses de Oreamuno de Cartago donde se realizaron parte de las actividades. El proyecto consistió en proponer un diseño de un horno que use biogás como combustible para realizar la activación química de carbón vegetal. El objetivo del estudio fue proponer un diseño económico con materiales aptos para evitar pérdidas de calor.
Se realizó mediciones de la temperatura de la llama del biogás obteniendo un dato máximo de 840 °C. El flujo del combustible se midió durante 3 horas con un promedio de 0.63 m3/h de biogás.
La prueba de conductividad indica que el ladrillo refractario presenta una temperatura de superficie de 50.2 °C y el estructural de 122 °C con un aumento 6.3 °C por minuto y el refractario 2.6 °C lo que se refleja en un 41.3% menos que el ladrillo estructural. Se propusieron dos diseños de horno designados como diseño #1 y diseño #2, el #1 presentó un flujo 960.3 W con ladrillo estructural y 844.45 W con ladrillo refractario equivalente a un 12.97 % de variación entre ambos. El diseño #2 obtuvo un flujo máximo de 753.61 W para el ladrillo estructural y con ladrillo refractario 692.38 W lo que equivale a un 8.12 % de variación.
El análisis de resistencia para la barra de acero corrugado ASTM 615 grado 60 indica que la fuerza máxima que resiste la barra es de 8.44 kN y la fuerza máxima que debe soportar en el ensamble del horno es de 461.52 N lo que asegura la selección de este material.
La temperatura superficial externa de los ladrillos analizada por simulaciones con SolidWorks presentó una temperatura mínima de 61.8 °C y máxima de 429 °C en comparación con la prueba de conductividad térmica realizada en laboratorio. El impacto ambiental por la combustión de un metro cúbico de biogás es de 1.9 kg de CO2 eq y en comparación con un metro cúbico de gasolina se produce 5478 kg de CO2 eq. Los costos del horno se estiman en ¢261840 para el diseño #1 y ¢190865 para el diseño #2.
El impacto ambiental derivado de la combustión de un metro cúbico de biogás es significativamente menor en comparación con la quema de un metro cúbico de gasolina. En concreto, se obtuvo que la combustión de un metro cúbico de biogás genera aproximadamente 1.9 kg de CO2 eq, mientras que la quema de un metro cúbico de gasolina emite alrededor de 5478 kg de CO2 eq.
Los costos asociados con el uso de los diferentes diseños de horno se estiman en ¢261,840 para el diseño #1, mientras que el diseño #2 tiene un costo estimado de ¢190,865. Estas cifras ilustran las diferencias económicas entre las opciones de diseño.; This project was developed with the Biogás para todos project of the Technological Institute of Costa Rica and the Cipreses de Oreamuno de Cartago farm where part of the activities were carried out, the project consisted of proposing a design of an oven to carry out the chemical activation of charcoal. The objective of the study was to propose an economic design with suitable materials to avoid heat loss.
Measurements of the temperature of the biogas flame were made, obtaining a maximum value of 840 °C. The fuel flow was measured for 3 hours with an average of 0.63 m3/h of biogas, in addition, a flow supply speed of 0.571 m/s.
The conductivity test indicates that the refractory brick has a surface temperature of 50.2 °C and the structural one of 122 °C with an increase of 6.3 °C per minute and the refractory 2.6 °C, which is reflected in 41.3% less than the structural brick. Two kiln designs designated as design #1 and design #2 were proposed, #1 presented a flux of 960.3 W with structural brick and 844.45 W with refractory brick, equivalent to a 12.97% variation between the two. Design #2 obtained a maximum flux of 753.61 W for the structural brick and 692.38 W with refractory brick, which is equivalent to an 8.12% variation.
The resistance analysis for the ASTM 615 grade 60 corrugated steel bar indicates that the maximum force that the bar resists is 8.44 kN and the maximum force that it must withstand in the furnace assembly is 461.52 N, which ensures the selection of this material.
The external surface temperature of the bricks analyzed by simulations with SolidWorks presented a minimum temperature of 61.8 °C and a maximum of 429 °C compared to the thermal conductivity test carried out in the laboratory.
The environmental impact derived from the combustion of one cubic meter of biogas is significantly lower compared to the burning of one cubic meter of gasoline. Specifically, it was obtained that the combustion of a cubic meter of biogas generates approximately 1.9 kg of CO2 eq, while the burning of a cubic meter of gasoline emits around 5478 kg of CO2 eq.
The costs associated with the use of the different kiln designs are estimated at ¢261,840 for design #1, while design #2 has an estimated cost of ¢190,865. These figures illustrate the economic differences between design options.
Proyecto de Graduación (Licenciatura en Ingeniería en Materiales) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ciencia e Ingeniería de los Materiales, 2023; Esta tesis cumple con el objetivo ODS 7:
garantizar el acceso a una energía asequible, fiable, sostenible y moderna para todas las personas.
Meta a:
aumentar la cooperación internacional para facilitar el acceso a la investigación y la tecnología relativas a la energía limpia, incluidas las fuentes renovables, la eficiencia energética y las tecnologías avanzadas y menos contaminantes de combustibles fósiles, y promover la inversión en infraestructura energética y tecnologías limpias.
2023-01-01T00:00:00Z