Ingeniería

El fenómeno ENSO y la precipitación de la Zona Protectora Monte Alto, Costa Rica

Resumen Mucho se habla de los cambios climáticos producto de fenómenos atmosféricos de orden regional y global; sin embargo, no siempre se cuenta con evidencia relacionada a ellos. Esta comprobación científica es necesaria para visualizar la dimensión de su efecto y para sentar las bases de manejo y conservación de los servicios ecosistémicos que sustentan el estilo de vida moderno. En este trabajo, se ha hecho un análisis de series de tiempo del registro mensual de precipitación de la Zona Protectora Monte Alto en Hojancha, Costa Rica, para el periodo entre mayo 2013 y noviembre 2022. Se ha descubierto que una disrupción del patrón temporal de precipitación durante la temporada lluviosa del año 2017 tomó alrededor de dos años para regresar a lo observado en el año 2013. Tal disrupción estuvo directamente vinculada con un periodo frío del fenómeno ENSO, conocido coloquialmente como “La Niña” y fue seguida por otra disrupción similar, cuyo efecto continuó hasta finales del 2022. Los datos acá presentados sugieren que el fenómeno ENSO tiene un efecto directo sobre la precipitación de la Zona Protectora Monte Alto, cuya función original en el contexto local es la de proveer agua potable a las comunidades aledañas. Las oscilaciones con variabilidad extrema en el ciclo hidrológico, aparentemente más frecuentes en los últimos años en el contexto local de este análisis, tienen un efecto real sobre la calidad de vida de las poblaciones afectadas y merecen seguir siendo documentadas y cuantificadas para incrementar la resiliencia por adaptación de las sociedades afectadas.

Abstract Much is discussed about the climatic changes associated with regional or global atmospheric phenomena. Empiric evidence, however, only sometimes supports such claims even though it is necessary to visualize the strength of their effects and their relevance for the management and conservation agendas of those biosystems supporting the modern lifestyle. This work conducted a time series analysis with monthly precipitation data from the Monte Alto Protected Zone in Hojancha, Costa Rica, between May 2013 and November 2022. A disruption in the temporal pattern was detected in the rainy season of 2017, and it took about two years to return to the state observed back in 2013. Such disruption was linked to a cold period of the ENSO phenomenon, colloquially known as “La Niña”, and followed by a second disruption with an effect lasting until this moment. The data presented herein suggests that ENSO directly affects the precipitation pattern in the Monte Alto Reserve, whose original conservation purpose was to provide drinking water to local populations. The oscillations in the hydrological cycle, apparently more frequent in the last years based on the local context of this analysis, influence the quality of life of the affected populations and deserve monitoring for proper documentation and quantification intended to increase human resilience by means of adaptation.

Tratamiento de aguas residuales ordinarias en costa rica: perfil tecnológico y perspectivas de sostenibilidad

Resumen En Costa Rica, existen grandes desafíos en materia de tratamiento de aguas residuales. Este trabajo evaluó la gestión de aguas residuales ordinarias en Costa Rica, dando énfasis al perfil tecnológico, al uso de sistemas anaeróbicos y a la recuperación de los subproductos generados. Se consideró un abordaje mixto, combinando información secundaria de bases de datos, consultas a expertos y talleres participativos. Se logró evidenciar que la mayoría de los sistemas que existen trabaja con lodos activados y con vertido directo a cuerpo receptor. Además, se evidenciaron brechas importantes para la implementación de los sistemas de tratamiento de aguas residuales, en especial para los sistemas anaeróbicos. Desde el punto de vista técnico, se identificó la falta de capacitación y de confianza en diseñarlos y operarlos, aunado a la relevancia de controlar el tratamiento de contaminantes emergentes; desde el punto de vista económico, se apunta hacia la falta de sostenibilidad financiera de los proyectos y poca capacidad de pago de los usuarios, falta de incentivos o de sistemas tarifarios escalonados; dentro de las brechas institucionales, la principal es la necesidad de tener una rectoría más clara del sector y evitar la duplicidad de funciones. Se demostró que lo anterior requiere ir ligado de una normativa robusta y clara, que permita la innovación en los sistemas a implementar. Finalmente, se pudo detectar que, para que el principio de economía circular sea una realidad, se requiere trabajar en un cambio cultural y en romper el paradigma de que las aguas residuales solo sirven para desecharlas.

Abstract In Costa Rica, there are significant challenges regarding wastewater treatment. This study evaluated the management of municipal wastewater in Costa Rica, with emphasis on the technological profile, the use of anaerobic systems, and the recovery of generated by-products. A mixed approach was used, combining secondary information from databases, expert consultations, and participatory workshops. It was found that most existing systems work with activated sludge and direct discharge to receiving bodies. Additionally, significant gaps were identified for the implementation of anaerobic systems for wastewater treatment. From a technical standpoint, the lack of training and confidence in designing and operating these systems was noted, along with the relevance of controlling the treatment of emerging contaminants. From an economic standpoint, the lack of financial sustainability of projects, low capacity for user payment, and lack of incentives or tiered tariff systems were identified. Within institutional gaps, the main issue was the need for clearer sectoral leadership and avoiding duplication of functions. All the above requires robust and clear regulations that allow for innovation in the systems to be implemented. Finally, it was found that, for the circular economy principle to become a reality, cultural change is required, and the paradigm that wastewater is only meant for disposal must be changed.

Techno-economic analysis of biogas production from pinneaple leaves juice and chiken manure in anaerobic codigestion

Resumen La piña, Ananas comosus, es uno de los cultivos de mayor importancia en Costa Rica, produciendo un prominente 1,7 % del Producto Interno Bruto (PIB) nacional; sin embargo, metodologías actuales para tratar los residuos de las hojas de las plantas pueden causar potenciales problemas en la salud pública debido a proliferación de moscas, además de contaminación ambiental y aporte a los gases de efecto invernadero. El objetivo del presente estudio fue la utilización del jugo de las hojas de la planta de piña para evaluar la producción de biogás en combinación con gallinaza como sustratos. Se realizaron pruebas de potencial de biometano con distintas concentraciones de jugo y gallinaza (70/30, 80/20 y 90/10), así como pruebas con cada sustrato de manera independiente. Los resultados muestran que mayores cantidades de biogás se produjeron en los sistemas con proporciones de 80/20 y 70/30. Adicionalmente, se realizó una estimación de la inversión requerida, con el fin de realizar un estudio tecno-económico mediante la metodología de Peters y Timmerhaus. Del análisis tecno-económico, se concluye que el proceso es altamente rentable, con un período de retorno de inversión de 2,3 años.

Abstract Pineapple, Ananas comosus, is one of the most important crops in Costa Rica, producing a prominent 1,7 % of the national Gross Domestic Product (GDP); however, current methodologies to treat pineapple leaves can cause potential public health problems due to proliferation of flies, as well as environmental pollution and greenhouse gases emissions. The objective of this work was to use pineapple leaves juice to evaluate the production of biogas in combination with chicken manure as substrates. Biochemical methane potential assays were carried out using different proportions of juice and chicken manure (70/30, 80/20 and 90/10), as well as individual assays for each substrate. Results show that higher amounts of biogas were produced in the systems with 70/30 and 80/20 proportions. In addition, a capital investment estimation was carried out to evaluate the techno-economic feasibility with the Peters and Timmerhaus methodology. The techno-economic analysis gives a payback time of 2,3 years which makes the project highly profitable.

Comportamiento de dos uniones viga-columna con diferentes detalles de armado para uso en vivienda

Resumen En vivienda, la mampostería de concreto es uno de los sistemas constructivos más utilizados en Costa Rica. Bajo este sistema constructivo, se suelen requerir vigas y columnas de igual ancho (12 o 15 cm). En estos casos, constructivamente se recurre a doblar el acero de refuerzo de la viga o de la columna. Este tipo de doblez utilizado “estrangula” al refuerzo justo en la sección del máximo momento. De tal forma, resulta relevante investigar experimentalmente el comportamiento de estas uniones que típicamente se observan en las construcciones. Se analizó el comportamiento de uniones con dos distintos detalles de armado y con elementos de 12 cm de espesor para uso en vivienda. Se construyeron cuatro uniones, dos con un detalle de armado de “cuello de botella” (Unión Tipo A) y dos con detalle de pendiente 1:6 (Unión Tipo B). Estas se fallaron en el Laboratorio de Estructuras del LanammeUCR bajo la aplicación de una carga cíclica pseudo dinámica. Se calcularon rotaciones y se construyeron la curva de histéresis y la curva elastoplástica para cada unión. Se comparó el comportamiento de los dos tipos de uniones, así como, los resultados de capacidad experimentales con respecto a la capacidad teórica esperada. Los resultados obtenidos muestran que las Uniones Tipo A no alcanzan la capacidad teórica calculada y presentan un comportamiento menos dúctil que las Uniones Tipo B. Se logró concluir que es preferible y recomendable utilizar uniones viga-columna con el detalle de la pendiente 1:6 como parte del sistema sismorresistente de una vivienda.

Abstract In housing, concrete masonry is one of the most used construction systems in Costa Rica. Under this construction system, beams and columns of equal width (12 or 15 cm) are usually required. In these cases, constructively, bending the reinforcing steel of the beam or column is used. This type of bend used “strangles” the reinforcement right in the section of maximum moment. Thus, it is relevant to experimentally investigate the behavior of these joints that are typically observed in constructions. The behavior of joints with two different reinforcement details and with 12 cm thick elements for use in housing was analyzed. Four joints were built, two with a “bottleneck” reinforcement detail (Type A Joint) and two with a 1:6 slope detail (Type B Joint). These were failed in the LanammeUCR Structures Laboratory under the application of a pseudo-dynamic cyclic load. Rotations were calculated and the hysteresis curve and elastoplastic curve were constructed for each joint. The behavior of the two types of joints was compared, as well as the experimental capacity results with respect to the expected theoretical capacity. The results obtained show that Type A Joints do not reach the calculated theoretical capacity and present a less ductile behavior than Type B Joints. It was concluded that it is preferable and advisable to use beam-column joints with the slope detail 1:6 as part of the earthquake-resistant system of a home.

Uncertainly in land value modeling of the San José Metropolitan Region, Costa Rica

Resumen Los patrones de valor del suelo muestran asociaciones espaciales claras con accesibilidad a centralidades urbanas y a factores físicos de un territorio. Sin embargo, las predicciones basadas en esta estructura pueden ser altamente inciertas, dado que los datos mismos también exhiben aglomeración (y, por tanto, permiten mejores predicciones en las zonas más densamente muestreadas). Se presenta una evaluación de esta incertidumbre para extrapolaciones de valor del suelo en la Gran Área Metropolitana de Costa Rica mediante simulaciones gaussianas condicionales y una exploración de los determinantes de esta incertidumbre, como forma de reconocer fortalezas y debilidades de esta predicción. La predicción E-Type simulada resultó marginalmente mejor que extrapolaciones mediante kriging ordinario y produjo una cuantificación espacialmente explícita de la incertidumbre. El patrón de incertidumbre resultó ser un espejo de los valores del suelo. Se encontró que la incertidumbre se reduce con características asociadas a mayor aptitud del suelo para usos urbanos y, por tanto, de mayor precio.

Abstract Land value patterns show very distinct spatial associations with accessibility to urban centralities and physical factors in a territory. However, predictions based on models of this structure can be highly uncertain, as the underlying data also may show clustering (thus allowing for better predictions in more densely sampled areas). An assessment of this uncertainty for land value extrapolations in the San José Metropolitan Region of Costa Rica is presented, via conditional Gaussian simulation, and the determinants of this uncertainty were explored, to find spatial strengths and weaknesses in the modeling efforts. The E-Type prediction from the conditional Gaussian simulation was found to marginally improve on ordinary kriging methods and it also provided explicit uncertainty patterns, which are the inverse of the land value prediction. The estimated uncertainty was found to decrease with characteristics that identify suitability for urban land use (and thus higher land values).

Influencia de cáscara de papa calcinada en propiedades de mezclas asfálticas en caliente

Resumen El presente estudio tiene como objetivo determinar la influencia de la adición de cáscara de papa calcinada en las propiedades físicas y mecánicas de mezclas asfálticas en caliente - Huánuco, 2023. Con respecto a la metodología, se emplea un estudio cuantitativo, aplicado y de diseño experimental, aplicándose la observación y la ficha de registro en una muestra de 45 briquetas con adiciones de 2.0 %, 4.0 %, 6.0 % y 8.0 % de cáscara de papa calcinada, comparada con una muestra patrón que contiene 2.0 % de cal hidratada, donde se evalúan propiedades como el contenido de vacío, la resistencia al flujo y la estabilidad. Los resultados muestran que el mejor contenido de aire se alcanzó con el 2.0 % de adición, con un valor de 3.3% y la resistencia al flujo fue de 3.4 mm que se alcanzó con 2.0 % de adición de cáscara de papa calcinada; no obstante, la estabilidad más elevada se obtuvo con 4.0 % de adición, siendo el valor de 1,272.3 kg. Se concluye que, con una adición de 2.0 %, se logran las mejores propiedades físicas y mecánicas de las mezclas asfálticas; sin embargo, no se evidenciaron variaciones significativas en la prueba de ANOVA para resistencia al flujo y la estabilidad (p > 0.05).

Abstract The objective of this study is to determine the influence of the addition of calcined potato peel on the physical and mechanical properties of hot asphalt mixes - Huánuco, 2023. Regarding the methodology, a quantitative, applied and experimental design study is used, applying the observation and the recording sheet in a sample of 45 briquettes with additions of 2.0 %, 4.0 %, 6.0 % and 8.0 % of calcined potato peel, compared with a standard sample containing 2.0 % hydrated lime, where They evaluate properties such as void content, flow resistance and stability. The results show that the best air content was 3.3 % and flow resistance was 3.4 mm, which was achieved with 2.0 % addition of calcined potato peel; However, the highest stability was obtained with 4.0 % addition, the value being 1,272.3 kg. It is concluded that, with an addition of 2.0 %, the best physical and mechanical properties of the asphalt mixtures are achieved; However, no significant variations were evident in the ANOVA test for flow resistance and stability (p > 0.05).