El presente trabajo de tesis ha consistido en el diseño de una caldera de calefacción, para su uso doméstico en las zonas alto andinas del Perú, cuyo combustible es bosta La caldera es de tipo pirotubular vertical, y tiene un suministro energético de 11.2 kW, calentando agua desde los 5°C hasta los 80°C, este aumento de temperatura en el agua se obtiene por la combustión de bosta a una razón de 4 kg/h en la cámara de combustión. El suministro energético que la caldera produce puede ser utilizado para dar servicios calefacción a una vivienda típica de las zonas alto andinas del país. Para el diseño térmico se utilizó la correlación de convección de Dittus Boelter, entre otros, para definir la geometría completa del equipo. El diseño mecánico, se ha realizado tomando como referencia la sección IV y VIII del código ASME demostrando la gran importancia que tiene el acogerse a los códigos que son los que se utilizan en el desarrollo real de la profesión. La caldera vacía pesa 195 kg y cuenta con veinticinco tubos lisos en material A-53 de 1" de diámetro y 1.2 m de longitud, cuatro bridas en material A-36 para el acople de las distintas partes. El casco está construido en planchas de acero de material A-36 y tendrá un diámetro de 14", la cámara de combustión es de tipo de carga manual, y la evacuación de los gases de combustión será por medio de una chimenea de tiro natural. De este modo el costo total de la caldera asciende a S/ 2100 de los cuales el 20% corresponde a elementos de seguridad como válvula de seguridad, manómetro, visores de nivel entre otros.

Partiendo de la motivación de buscar medios que permitan el ahorro de energía tanto por el aspecto económico como el ecológico se desarrolló este trabajo el cual pretende diseñar un controlador predictivo basado en modelo (CPBM) para controlar un generador de vapor de tubos de agua de forma más efectiva y eficiente que los sistemas actuales Para este fin se realizó una revisión del estado del arte de los generadores de vapor y de sus sistemas de control donde se identificaron las principales variables a controlar. Debido al bajo desempeño de estos sistemas de control se propuso, luego de un análisis previo, el uso de un controlador predictivo basado en modelo para su aplicación en el generador de vapor. Para lograr este objetivo se estudió un modelo matemático no lineal multivariable de un generador de vapor reportado en la literatura, el cual posteriormente se utilizó para realizar la simulación de la planta real. Luego para el diseño del controlador se utilizó el modelo linealizado con el fin de aligerar cálculos. El diseño del controlador multivariable está basado en un controlador predictivo que es computacionalmente más eficiente que el controlador predictivo convencional. Para la aplicación de este controlador se consideraron restricciones en la señal de control y durante las pruebas simuladas en Matlab/Simulink se le introdujo señales ruidosas y perturbaciones alcanzando buenos resultados en eficiencia energética y de control superando al sistema actual basado en controladores PID. Finalmente se propuso la implementación práctica del controlador haciendo uso de un DSP hibrido. / Tesis

Esta tesis presenta el siguiente objetivo: Desarrollar un sistema de control avanzado de la variación de la presión del vapor en el cuerpo de una caldera de tubos de fuego, que posibilite un funcionamiento efectivo y fiable del proceso de combustión, así como una disminución del actual consumo de combustible y de los gases contaminantes del medio ambiente. / Tesis

Actualmente, en el ámbito internacional, existe una creciente crisis energética la cual implica manejar de forma responsable y óptima los combustibles fósiles poniendo énfasis en los equipos que tienen un alto consumo de esta clase de combustibles, entre los que se encuentran las calderas. En esta tesis se desarrolla una estrategia de control avanzado para el control de la presión de vapor en una caldera pirotubular de una planta de fosfato bicálcico. El fosfato bicálcico es un producto utilizado como suplemento alimenticio de los animales. La presente tesis tiene como objetivo general el diseño de un controlador de matriz dinámica (DMC) para el control efectivo de la presión de vapor en una caldera pirotubular de una planta de producción de fosfato bicálcico, para garantizar un suministro estable de vapor, así como un aumento de la eficiencia del proceso de generación de vapor. En el primer capítulo se describe el estado del arte de los sistemas de control de la combustión en calderas pirotubulares. En el segundo capítulo se desarrolla la identificación de la presión del vapor en la caldera pirotubular objeto de estudio. En el tercer capítulo se diseña un controlador DMC de la presión de vapor, y se realiza un estudio del desempeño del sistema de control mediante simulaciones. En el cuarto capítulo se realiza un estudio comparativo de la robustez y desempeño del controlador DMC diseñado. Los resultados obtenidos en el desarrollo de la tesis revelan que el controlador DMC constituye una poderosa ley de control efectivo y fiable de la presión de vapor en calderas pirotubulares.

Kawah Ijen (2386 m) is a stratovolcano located within Ijen Caldera, at the easternmost<p>part of Java island in Indonesia. Since 2010, the volcano has been equipped with seismometers<p>and several sensors (temperature and level) have been immersed in its acidic lake waters and in the acidic river seeping on the volcano flanks. While finding instruments capable of resisting to such extreme conditions (pH~0) has been challenging, the coupling of lake monitoring techniques with seismic data improves the knowledge of the volcanic-hydrothermal dynamics. Moreover, the monitoring capabilities have been considerably<p>enhanced supporting the decision-making of the authorities in case of emergency.<p><p>Several methods and processing techniques were used to analyze the seismic data. Much effort has been given to implement the seismic velocities (Moving Window Cross Spectral Analysis (MWCSA)) calculations. At Kawah Ijen, the frequency band that is less affected by the volcanic tremor and the seasonal fluctuations at the source ranges between 0.5-1.0 Hz. Moreover, a stack of 5 days for the current CCF gives reliable results with low errors and allows to detect fluctuations which are missed using a 10-day stack.<p><p>The background seismic activity mostly consists in low frequency events and a continuous tremor of low amplitude. Fluctuations of the lake temperature and level result from the recharge of the hydrothermal system during the rainy season. Kawah Ijen lake waters are not perfectly mixed and a shallow stratification occurs during the rainy season, because meteoric waters are less dense than the lake fluids.<p><p>Different unrest occurred during our study. Some of them strongly affected the volcanic lake, while others did only weakly. In the first category, a strong unrest commenced in October 2011 with heightened VT (Volcano Tectonic) earthquakes and low frequency events activity, which culminated mid-December 2011. This unrest was correlated with an enhanced heat and hydrothermal fluids discharge to the crater and significant variations of the relative velocities (~1%). This suggests an important build-up of stress into the system. VT earthquakes opened pathways for the fluids to ascend, by increasing the permeability of the system, which latter allowed the initiation of monochromatic tremor (MT) when the steam/gases interacted with the shallow portions of the aquifer. Our calculations evidence a higher contribution of steam in March 2012 that might explain the increase of the MT frequency when bubbles were observed at the lake surface. This period was also characterized by short-lived but strong velocity variations, related to water level<p>rises containing important amount of bubbles, and important heat and mass discharges<p>into the lake. On the contrary, the second category of unrest did only slightly affect the<p>lake system. This could be explained by a dryer hydrothermal system and/or locations of<p>the seismic sources, which were not directly linked to the lake.<p><p>While a magmatic eruption will likely be preceded by a strong seismic activity, the major challenges remain to understand why the unrest we studied did not lead to an eruption and to identify precursory signs of a phreatic eruption. Even a small phreatic eruption would be devastating for the people working everyday in the crater and the ones<p>who live nearby the voluminous acidic lake. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Non-linear volcanic and magmatic processes control the occurrence and behavior of volcanic eruptions. Consequently, understanding the responses of volcanic systems to processes of different length scales, timescales, and magnitudes is critical to interpreting ancient deposits, understanding current eruption dynamics, and predicting future activity. Here I present the results of three studies wherein analytical geochemistry, experimental petrology, and turbulent flow analysis describe otherwise obscured volcanic processes. Injections of new magma are common events in magma chambers. Recharging magma can change the chamber composition and temperature and may facilitate assimilation of country rock. Plagioclase phenocrysts provide an opportunity to examine recharge and assimilation processes, because their compositions are sensitive to temperature and their Sr isotopic ratios can record compositional variations in the chamber. Chemical and isotopic microanalyses of crystals from 7 eruptions of El Chichón Volcano, Mexico, reveal that recharge and assimilation events are very common and mixing is efficient, but individual events seldom affect the entire chamber. During every eruption, magma decompresses and ascends through a conduit from a chamber at depth to a vent at the surface. Changes in pumice textures during the 1800 ¹⁴C yr BP eruption of Ksudach Volcano, Kamchatka, suggest that conduit structure changed following caldera collapse. Decompression experiments show that the post-collapse pumice decompressed at ~0.0025 MPa/s, compared to pre-collapse decompression rates of >0.01 MPa/s. By balancing those results with eruptive mass fluxes I quantify the effects of caldera collapse on a conduit, and show that collapse resulted in a conduit with a very broad base and narrow vent. Turbulent air entrainment controls whether an eruption column rises buoyantly or collapses to generate pyroclastic flows. Through extensive re-evaluation of video and photographs of the 18 May 1980 eruption of Mount St. Helens, I report the first measurements of the turbulent velocity field of a volcanic column and show that changes in its turbulence reflect changes in eruption behavior. Those results indicate collapse was caused by a reduction in eddy size and turbulent air entrainment initiated by an increased vent size and the development of a buoyant annulus surrounding a dense, collapsing core. / text

Two adjacent caldera systems, the Mahogany Mountain and the Three Fingers caldera constitute voluminous rhyolitic volcanic deposits on the eastern margin of the Oregon-Idaho graben during the middle-Miocene. Both calderas are part of the Lake Owyhee volcanic field that in turn is part of widespread rhyolite deposits associated with the Columbia River Basalt province. We focus on establishing relationships between intracaldera units of Three Fingers caldera and caldera-forming tuff of Spring Creek and surveying the distribution of entrained mafic clasts which often display anomalous concentrations of rare earth elements. Previous mapping identified two intra-caldera facies and one outflow facies of the tuff of Spring Creek, in addition to a younger rhyolite within the caldera (Trp). New 40Ar/39Ar dates show these units are nearly time equivalent at 15.64 ± 0.08 Ma for Trp and 15.64 ± 0.09 Ma for tuff of Spring Creek. Field evidence shows extensive coverage of Trp and associated facies emplaced after a period of sedimentation within the caldera. The main reinterpretations are: i) the mostly devitrified units of Trp are time equivalent to flows and domes of glassy, vesicular, or brecciated rhyolite previously mapped as intra-caldera tuff of Spring Creek; and ii) mafic clasts present in dense glass and porous rhyolite are fragments of mafic lava flows entrained by the subsequent eruptions. New geochemical and mineralogical evidence clearly distinguish the outflow tuff of Spring Creek and intracaldera rhyolites. Compared to the outflow tuff, intracaldera rhyolite flows are less Fe-rich, (2 vs. 3 wt.% FeO), and higher silica (77 vs. 74 wt.% SiO2) rhyolites that lack vitrophyric texture. I interpret the investigated area as a rhyolite dome field, erupted subsequent to caldera collapse. The proximity of vents resulted in a complex stratigraphic overlap of rhyolite flows and clastic debris issued from coalescing domes. The predominance of high-standing dome interiors reflects the more resistant nature of dense devitrified rhyolite as compared to pumiceous, glassy, or brecciated facies of intra-caldera rhyolite. Enrichment of REE in mafic clasts is highly variable, and does not correlate with their entrainment in a specific facies of intra-caldera rhyolite. Individual clasts contain up to 2400 ppm Nd, 1800 ppm Ce, and 1400 ppm La in the most enriched samples. Linear regression shows these highly anomalous concentrations are not correlated with variations in major element chemistry between enriched and un-enriched clasts. The geographic extent of mafic clast-bearing units is limited to less than 5 percent of the area mapped, and their distribution within these units is typically volumetrically insignificant, limiting their economic potential. Mechanisms for enrichment of REE within these rocks is however significant to our understanding of a yet unexplained phenomenon and may lead to further discoveries with greater economic potential.

Made available in DSpace on 2015-03-26T14:01:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 4225485 bytes, checksum: 520ddb1b92ed1751462ca5c46f400f05 (MD5) Previous issue date: 2011-07-21 / Este trabalho tem por objetivo analisar a influência das variáveis operacionais das caldeiras de recuperação nas emissões de gases que contêm enxofre reduzido (TRS). A pesquisa desenvolvida na Planta Licancel foi dedicada apenas às emissões dos tanques de lavagem. O sistema de redução dos compostos de TRS e de material particulado no tanque de dissolução consta de um lavador de gases utilizando licor branco franco, também utilizado como agente de dissolução no mesmo tanque. Os testes realizados durante 2008 e parte de 2009 mostraram que a presença de compostos de enxofre, terebintina, e/ou metano no licor branco fraco pode ser a fonte de compostos TRS nas emissões do tanque de dissolução. Os resultados sugerem que a maioria das emissões foram geradas no próprio lavador, a medida que o licor branco fraco é pulverizado através de bicos no equipamento, este é atomizado liberando compostos orgânicos voláteis através de emissões gasosas. Segundo as medições feitas, as altas emissões de TRS na chaminé do tanque de dissolução da Planta Licancel são claramente influenciados por um sistema de lavagem dos gases não-condensáveis concentrados na área dos digestores. Além disso, a pesquisa na Planta Valdivia concentra-se nas emissões de TRS, produto da combustão do licor negro, queima de gases não-condensáveis diluídos, concentrados, além da queima de petróleo e metanol, usados como combustíveis auxiliares. Para a pesquisa na Planta Valdivia foi usado como base, um programa computacional de análise multivariada desenvolvido em ambiente MATLAB, chamado Inferator, criado para modelagem e análise estatística de processos industriais com base em analisadores virtuais usados em aplicações de controle e otimização de processos. Isso permite que o programa em conjunto com o programa Microsoft Office Excel determinem possíveis correlações entre as variáveis e modelos matemáticos de emissões de TRS. De acordo com a análise desenvolvida ao longo do período de tempo do ano de 2010, pode-se ver algumas correlações envolvendo as temperaturas da fornalha, de entrada dos gases DNCG, do ar secundário, além da carga de óleo e pressão do oxigênio residual. No entanto, na análise de curtos períodos de tempo em junho de 2010, você pode ver uma clara influência da queima do metanol e do fluxo de ar secundário nas emissões de TRS na caldeira de recuperação. Isto indica claramente que as condições transientes de operação da caldeira, dada a complexidade de funcionamento desta, pode influenciar de diferentes formas as emissões de TRS medidos na chaminé da caldeira de recuperação. Não é possível afirmar com precisão qual a variável influencia as emissões de TRS, uma vez que em muitas ocasiões existem variáveis que estão diretamente relacionados umas as outras. / Esta investigación tiene por objetivo analizar la influencia de las variables operacionales de caldera recuperadora en las emisiones de gases que contienen azufre reducido (TRS). La investigación en Planta Licancel se aboca solo a emisiones de estanque disolvedor. El sistema de abatimiento de compuestos de TRS y material particulado de este estanque disolvedor consta de un lavador de gases con un medio lavador de licor blanco débil, también utilizado como agente disolvedor en el mismo estanque. Las pruebas realizadas durante el año 2008 y parte del año 2009 muestran que la presencia de compuestos de azufre, trementina y/o metanol en el licor blanco débil pueden ser la fuente de compuestos de TRS en las emisiones de estanque disolvedor. Los resultados parecen sugerir que la mayoría de las emisiones eran generadas en el lavador mismo, a medida que el licor blanco débil es rociado a través de boquillas en el lavador, es atomizado y libera compuestos orgánicos de bajo punto de ebullición para formar emisiones gaseosas. De acuerdo a las mediciones realizadas las altas emisiones de TRS en chimenea de estanque disolvedor de Planta Licancel se ven claramente influenciadas por un sistema de lavado de gases no condensables concentrados provenientes del área de digestores. Por otra parte la investigación en Planta Valdivia, se centra en las emisiones de TRS producto de la combustión del licor negro, quemado de gases no condensables diluidos, concentrados, además del quemado de metanol y petróleo, utilizado como combustible auxiliar. Para la investigación en Planta Valdivia se utiliza como base para establecer el análisis un programa desarrollado en ambiente MATLAB, llamado Inferator, generado para modelajes de sistemas matemáticos y análisis estadísticos, basados en analizadores virtuales y utilizados en aplicaciones de control y optimización de procesos. Esto permite que en conjunto con el programa Excel de Microsoft Office sean analizadas posibles correlaciones entre variables y generar modelos matemáticos de las emisiones de TRS hacia la atmosfera. De acuerdo al análisis realizado en un período largo de tiempo, correspondiente a la totalidad del año 2010, se puede apreciar correlaciones con la temperatura del hogar, temperatura de entrada de gases DNCG o aire secundario, presión de quemadores de carga de petróleo y oxígeno residual, sin embargo en análisis de cortos periodos de tiempo, correspondiente a totalidad y parte del mes de junio 2010, se puede apreciar una clara influencia del quemado de metanol y del flujo de aire secundario en las emisiones de TRS de caldera recuperadora. Esto indica claramente que las condiciones transientes de la operación de la caldera, dada la complejidad del funcionamiento de ésta, puede influir de diferentes formas en las emisiones de TRS medidas en la chimenea de caldera recuperadora. No es posible indicar tajantemente que variable influye en mayor grado en las emisiones si en muchas ocasiones existen variables que están directamente relacionadas entre ellas.