Maestría en Gestión Energética Industrial
http://hdl.handle.net/20.500.12622/39
2024-03-29T13:17:55ZMejora de la eficiencia hidráulica de una bomba centrífuga operada como turbina utilizando métodos de optimización
http://hdl.handle.net/20.500.12622/6336
Mejora de la eficiencia hidráulica de una bomba centrífuga operada como turbina utilizando métodos de optimización
Penagos Vásquez, Diego Alejandro
Para una generación hidroeléctrica eficiente de bombas operando como turbina, la modificación de la geometría del impulsor es un factor clave. Aunque se ha investigado correlaciones matemáticas, simulaciones numéricas y optimización para la mejora en el desempeño de la turbina, los estudios no consideraron la relación directa entre las condiciones de operación en el punto de mayor eficiencia respecto a la geometría del impulsor. Por otra parte, los estudios de optimización actuales no tienen en cuenta las condiciones operativas de la turbo máquina, además se omitió la comparación entre algoritmos presentes en el estado del arte. El objetivo de este trabajo es mejorar la eficiencia hidráulica de una bomba operando como turbina, mediante la modificación de la geometría del impulsor y aplicación de métodos de optimización. Para alcanzar el objetivo de este trabajo de investigación, se caracterizó el impulsor y se desarrollaron siete modelos analíticos con base la ecuación de Euler para turbo máquinas, que se diferenciaron en las consideraciones geométricas del impulsor. Los modelos se validaron mediante la estimación y comparación de 28 bombas encontradas en la literatura. Posteriormente, mediante rutinas de optimización mediante el algoritmo por enjambre de partículas (PSO), algoritmo de búsqueda por vórtice (VSA) y algoritmo de enjambre de salpas (SSA), se estimó los parámetros adecuados del impulsor mejorado. Finalmente, se realizó la simulación fluido dinámica de un caso estudio, donde se validó la eficiencia obtenida del impulsor mejorado respecto a la geometría original. Como resultado, el modelo de mejor desempeño estimó la cabeza hidráulica con un error relativo promedio de 9,57 %, respecto a datos experimentales proporcionados en la literatura. Por otra parte, el algoritmo que precisó mejores resultados fue el algoritmo PSO, con una desviación estándar de 0,152 m en la cabeza hidráulica. Por último, la eficiencia simulada con el impulsor optimizado fue de 77,8 %, aumentando el 1,1 %, respecto a la eficiencia original de la turbo máquina. Con esto, se logró mejorar una opción existente en la generación hidroeléctrica que permita una conversión de energía más eficiente.
2024-01-01T00:00:00ZPuesta a punto de reactor de torrefacción para biomasa
http://hdl.handle.net/20.500.12622/6287
Puesta a punto de reactor de torrefacción para biomasa
Betancur Martinez, Julián Andrés
El objetivo de este trabajo fue realizar actividades para poner a punto un reactor de tornillo para la torrefacción de biomasa. La torrefacción es un pretratamiento termoquímico que ocurre en un rango de temperaturas entre 200 y 300 °C a presión atmosférica en atmósferas inertes y oxidantes, cuyo fin está asociado a descomponer y despolimerizar los componentes macromoleculares lábiles de la biomasa. Mediante este pretratamiento, se obtiene una biomasa más resistente a la degradación biológica, se logra incrementar el contenido de carbono fijo y por consiguiente, se logra incrementar el poder calorífico; de esta manera se puede obtener un material viable para su valorización energética. En el trabajo de grado, bajo la modalidad de producto obtenido en laboratorio, se utilizó un reactor a escala de banco compuesto por un motor de inducción trifásico conectado a un reductor de velocidad y acoplado a través de una transmisión por cadena a un tornillo sin fin confinado en un tubo de acero inoxidable. El reactor cuenta con cuatro controladores de temperatura y cuatro resistencias eléctricas, sensores de temperatura RTD Pt 100, un variador de velocidad para controlar la velocidad de avance del tornillo sin fin y de la biomasa, trampas de líquidos o alquitranes y un recipiente de recolección de sólidos. En el producto obtenido en el laboratorio se realizaron las siguientes actividades para poner a punto el reactor de torrefacción: acople del recipiente de recolección y de las trampas de alquitranes, elaboración de curvas de calibración de flujo del gas de torrefacción y del flujo másico de la biomasa, ajuste de los parámetros PID de los controladores de temperatura, y torrefacción de una biomasa reportando los rendimientos másicos y líquidos. La biomasa que se estudió es un residuo de la producción de champiñones conocida como champiñonaza o compost agotado de champiñones y al finalizar este trabajo se obtuvo un montaje de puesta a punto de un sistema de torrefacción el cual quedó plasmado mediante un instructivo que indica cual es el paso a seguir para que el reactor funcione en óptimas condiciones
2023-01-01T00:00:00ZEvaluación de un diseño funcional de una turbina hidrocinética tipo H-Darrieus de 100 vatios como recurso de hidrogeneración en zonas no interconectadas
http://hdl.handle.net/20.500.12622/5845
Evaluación de un diseño funcional de una turbina hidrocinética tipo H-Darrieus de 100 vatios como recurso de hidrogeneración en zonas no interconectadas
Cardona Cárdenas, José Daniel
En los últimos años la energía del flujo de agua se ha convertido en un recurso importante para la transformación y generación de energía eléctrica, esto ha promovido el desarrollo de dispositivos como las turbinas hidrocinéticas. Es así como en la familia de turbinas hidrocinéticas, aparece el modelo tipo H-Darrieus, la cual viene siendo estudiada para mejorar su desempeño, mediante métodos de dinámica de fluidos computacional (Computational Fluid Dynamics – CFD) permitiendo así, el análisis de los parámetros que intervienen en su rendimiento. En el presente estudio, se llevó acabó la elaboración de una hoja de ruta para el desarrollo y modelamiento de una turbina hidrocinética tipo H-Darrieus. Los perfiles utilizados fueron el NACA 0018, 0025, 2415 y 4415 para valores de solidez desde 0.5 hasta 1.64. Además, se emplearon rotores de dimensiones de 900,733.6 y 597.8 mm. Posteriormente, se modelaron los rotores de la turbina en 2D, seguido de las simulaciones CFD con el fin de predecir la potencia generada por la turbina, evaluando la incidencia de la solidez, el tipo de perfil y diámetro del rotor en su rendimiento. Luego, los rotores modelados fueron evaluados estructuralmente con los materiales PA66, acero inoxidable y aleación de aluminio, para ello se hizo necesario modelarlos en 3D, con el fin de conocer la incidencia de la carga de presión que se ejerce sobre la estructura de los álabes. El perfil NACA 0018 alcanzó un coeficiente de potencia máximo de 0.606 con una solidez de 0.5, seguido del perfil NACA 2415 a la misma solidez alcanzó un Cp máximo de 0.594. Así mismo, el perfil NACA 0025 para una solidez de 1.0 alcanzó un valor máximo de Cp de 0.527, mientras que el perfil NACA 4415 con una solidez de 1.5 obtuvo un Cp máximo de 0.496. Los resultados de Cp máximos de los perfiles NACA 0018 y 2415 se dieron en un rango de TSR de 2 a 4 con un valor medio de 3.5. Es así como, el perfil NACA 0025 con solidez de 1.09 y 1.64 a alcanzo valores de Cp máximo de 0.49 y 0.31, mostrando que el aumento de la solidez en un rango mayor a 1.0 tienen una incidencia negativa en el Cp. Los resultados evidencian que los rotores de 900 mm de diámetro y solidez de 1 y 1.09 presentan mejores rendimientos, respecto a los resultados experimentales con los que el presente estudio se está comparando. Además, resultados estructurales mostraron que el momento crítico del sistema, se presenta en la posición a 270° del perfil A3, donde la carga de presión genera mayor esfuerzo en la estructura de la turbina. Aun así, el sistema no falla estructuralmente, lo que permite que el diseño sea funcional e independiente del material de fabricación. Por tanto, los rotores modelados cumplen con las características de rendimiento y funcionalidad
2023-01-01T00:00:00ZSecado de café pergamino con tambor rotatorio usando deshumidificación con bomba de calor y con compresor tipo Inverter
http://hdl.handle.net/20.500.12622/5842
Secado de café pergamino con tambor rotatorio usando deshumidificación con bomba de calor y con compresor tipo Inverter
Díaz Ortiz, Jonathan
Se realizó la evaluación de la eficiencia de un sistema de secado de café pergamino al cual se le
incorporaron elementos de última tecnología como un compresor tipo inverter que permiten
mejorar el rendimiento energético y un tambor rotativo que logra que el secado del café
pergamino sea homogéneo. Se implementó simulación con el módulo CFX del software Ansys
17.0®, lo que permitió predecir el comportamiento fluido dinámico del aire en el paso a través de
los serpentines y cámara de secado con tambor rotativo. Se determinó su efecto sobre la
distribución de la temperatura, velocidad y caídas de presión. La construcción se realizó basado en
las simulaciones y se le incorporaron los elementos de control del sistema inverter para el
compresor. Los resultados muestran que las modificaciones en los serpentines fueron adecuadas
ya que el flujo del aire pasa por toda la superficie de estos. La temperatura de secado y la
temperatura del grano fue homogénea con 47,8°C y 41,6 °C respectivamente, lo que permite
conservar las condiciones estructurales de la semilla sin presentar daños. Se presentó una
ineficiencia del proceso de deshumidificacion del 63%, haciendo que el costo de energía fuera alto
comparado con otros combustibles. La eficiencia de la bomba de calor tuvo un COP de 4,47,
mejorando los valores medios del mercado. Se concluye que el secado de café pergamino con
tambor rotatorio usando deshumidificación con bomba de calor y con compresor tipo Inverter,
bajo las condiciones de estudio de este trabajo, no es una alternativa viable para secar café
pergamino debido al alto costo, comparado con otras tecnologías de secado.
2018-01-01T00:00:00Z