Ingeniero Civil Mecánico / Chile es uno de los países con mayor costo a la energía pese a que el país cuenta con excelentes recursos naturales, recursos que podría aprovechar al hacer uso de tecnologías energéticas renovables no-convencionales, en particular destaca el recurso solar en la región. Un desarrollo de esta tecnología podría reducir las elevadas tarifas a la energía. El presente proyecto tiene como objetivo principal determinar la factibilidad de incluir productos nacionales para la confección de Colectores Lineales Fresnel. Este equipo es uno de los diseños de mayor facilidad para ser desarrollado dado que utiliza reflectores primarios planos, y no espejos curvos como hace la tecnología de cilindros parabólicos. El presente trabajo se ha dividido en dos secciones. Por un lado se estudia el mercado de los componentes del colector Fresnel y por otro el de los componentes asociados los sistemas que complementan la operación del equipo. Para lograr el objetivo general se debe primero identificar los procesos de manufactura y requerimientos de los componentes considerados. Luego se debe estudiar la industria nacional, a modo de encontrar empresas que cuenten con la capacidad para trabajar los procesos de manufactura correspondientes. Finalmente se utiliza el software SAM para estimar cuanta energía se podría producir con los equipos propuestos. Se ha encontrado que Chile cuenta con una industria metalmecánica y constructora bien establecida, capaz de suplir las necesidades estructurales del equipo. Adicionalmente el país cuenta con capacidad para producir fluidos de transferencia y almacenamiento térmico. Se observó la potencial sinergia entre empresas que fabrican luminarias con la confección de reflectores secundarios. También se cuenta con una industria capacitada para confeccionar equipos de transferencia de calor, bombas y válvulas. La nación incluso cuenta con instalaciones capacitadas para fabricar espejos de vidrio, por rocío de nitrato de plata, y una compañía que adiciona material de absorción selectiva a cañerías de cobre. Se observó que la utilización de productos nacionales permite producir en torno a 3,8 MWt-h al utilizar 10,000 m2 de espejos, con una inversión de 4,2 MMUSD. Por otro lado al importar los reflectores, absorbedor, bombas y válvulas de mayor calidad se puede aprovechar hasta 4,8 MWt-h, usando la misma superficie y considerando una inversión tan solo 13% mayor.

Tese de mestrado. Design Industrial. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Este Trabajo de Título tiene como objetivo general diseñar un sistema de calefacción solar para un edificio público. Para estimar las necesidades térmicas del edificio se desarrolló un modelo térmico del edificio en el software SIMUSOL, el cual busca representar su comportamiento térmico global mediante modelos conocidos de transferencia de calor aplicados a sus singularidades. Este modelamiento comprende un ajuste en base a mediciones de temperatura in situ. En una primera etapa se realizaron mejoras térmicas al edificio que consisten en el aislamiento de muros con 5[cm] de aislante térmico y el reemplazo de ventanas tradicionales por termopaneles. Del modelo térmico se obtiene que el edificio con ambas mejoras térmicas incluidas, disminuye su demanda energética en un 70%. Sin embargo la elevada inversión inicial que implica, no permiten que sea una solución directa. Basándose en el modelo desarrollado, se dimensionó un sistema de calefacción solar complementado con un sistema de aporte auxiliar, capaz de mantener una temperatura de confort en un 95\% del invierno durante las 8:30 y las 18:00 hrs. El sistema solar resultante consiste en un colector solar plano para aire de 60[m2 ] para ser instalado en el techo norte del edificio y un colector tipo Muro Trombe de 14,5[m2 ] ubicado en la fachada norte. El sistema de aporte auxiliar que corresponde a un 10% de la energía para calefacción, fue calculado con una potencia de 24[kW] para funcionar durante 120 horas al año. Finalmente se realizó un modelo térmico del edificio con el sistema solar dimensionado y con las mejoras térmicas incluidas; obteniendo un aporte del sistema solar capaz de calefaccionar el edificio en un 95% del invierno sin aporte auxiliar. Ésto gracias al importante aporte de las mejoras térmicas que impiden las altas pérdidas de calor de las viviendas y edificios tradicionales. El desarrollo de este trabajo fue basado en el edificio ubicado en Concha y Toro nº461, actualmente el edificio de la Gobernación Provincia Cordillera.

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Este trabajo de título tiene como objetivo general seleccionar un colector solar plano de aire diseñado para cumplir las características para su utilización en el pueblo de Huatacondo que se encuentra en la primera Región Tarapacá. Además se deberá desarrollar un modelo que permita predecir los resultados que tendrá el colector bajo distintas condiciones ambientales y de radiación. Para la selección del colector solar plano se hizo un modelo analítico de tres tipos de colectores diferenciados por el recorrido del aire a través de ellos. El primer modelo posee un flujo por sobre la placa absorbente, el segundo modelo posee un flujo mixto, es decir por sobre y bajo la placa absorbente y el tercer modelo posee un flujo por debajo de la placa. De aquí se obtienen las curvas de rendimiento característica de los modelos analizados. Se realizó una optimización de los espesores de aislación en el colector, seleccionando el óptimo para los tres modelos, espesor que se utilizó en la construcción de un colector modelo que permitió validar los datos del modelo analítico y simulación. Se construyó un colector modelo que se ensayó durante los meses de Julio y Agosto, obteniéndose resultados de rendimiento para los tres modelos analizados. Se desarrollaron los tres modelos en el programa Simusol y se efectuó una simulación numérica del comportamiento del colector en búsqueda de replicar los datos obtenidos experimentalmente, utilizando como base datos de radiación incidente y temperatura ambiente obtenidos del experimento. Finalmente el análisis experimental arrojó que el mejor modelo para las condiciones dadas es el de flujo por sobre la placa absorbente, siendo el de peor desempeño el de flujo mixto. En los datos analíticos y de simulación se obtuvo la mayor eficiencia para el flujo mixto, siendo esto contrario a lo obtenido experimentalmente. Se deduce que en el modelo experimental el flujo mixto, tuvo un flujo laminar debido al bajo caudal entregado por el ventilador, que mermó considerablemente la eficiencia de este flujo. Se concluye, por lo tanto, que para condiciones de bajo caudal y diferencias de temperatura bajas, la mayor eficiencia la obtiene el modelo con flujo por sobre la placa absorbente.

[ES] Teniendo en cuenta la cantidad de motores de combustión interna que se encuentran en activo actualmente, y sus potenciales emisiones de contaminación si se realizaran de forma incontrolada por el parque automovilístico, las normativas internacionales son cada vez más estrictas en cuanto a la cantidad de gases perjudiciales para el medio ambiente que pueden emitir dichos motores de manera unitaria. Debido a ello, se han ido desarrollando e implantando técnicas de reducción de contaminantes como el downsizing en el cual se reduce el tamaño del motor para reducir el consumo, la implantación de motores híbridos y la Recirculación de Gases de Escape. Esta técnica de recirculación puede abordarse de dos maneras alternativas: la Recirculación de Gases de Escape de Ruta Larga inyecta dichos gases antes del compresor, mientras que la Recirculación de Gases de Escape de Ruta Corta (o alta presión) los reinyecta después del compresor, en el mismo colector de admisión del motor. Dado que en ambas configuraciones se produce una inyección directa del flujo recirculado en la corriente principal, en el presente trabajo se propone un estudio numérico de la mezcla entre las corrientes de aire y gases recirculados usando un software comercial de mecánica de fluidos computacional (STAR-CCM+). En la configuración de Ruta Larga se ha propuesto en primer lugar estudiar el efecto en los parámetros globales del compresor de una entrada heterogénea compuesta por aire y gases de escape. Para ello, se han analizado 9 puntos de funcionamiento distintos, tratando de abarcar el mapa completo del compresor centrífugo con una tasa de inyección constante. Se ha demostrado, por un lado, la necesidad de un esquema transitorio de cálculo para la obtención de resultados confiables en todo el dominio del compresor. Por otro lado, se ha demostrado que, con tasas de penetración de flujo estándar, la inyección de gases recirculados no tiene un impacto reseñable en las prestaciones del compresor, con excepción de la zona de bombeo. En segundo lugar, se ha desarrollado un diseño numérico de experimentos en configuración de Ruta Larga con el objetivo de encontrar correlaciones entre la condensación generada en dichas uniones (la cual puede aparecer bajo ciertas condiciones de operación del motor) y la mezcla entre las corrientes de aire y gases de escape. Se ha demostrado que la penetración de los gases en la corriente principal es un factor clave en la condensación generada, aumentando la cantidad de mezcla entre ambas corrientes. En la configuración de Ruta Corta se han realizado estudios de configuración numérica tratando de estudiar la influencia de factores como malla, tamaño del paso temporal y modelos de turbulencia en la distribución final de los gases de escape entre los diferentes cilindros del motor. Se ha demostrado que los submodelos RANS pueden predecir la mayor parte de puntos de operación tanto en variables medias como instantáneas comparando resultados numéricos con mediciones experimentales. Fijando una configuración numérica, posteriormente se han analizado diferentes mezcladores en colectores de motores de 4 y 6 cilindros, demostrando la aplicabilidad de los índices de mezclado desarrollados y cuantificando la influencia de los diferentes efectos físicos que influyen en la distribución y mezcla de los gases de escape en la corriente principal. / [CA] Tenint en compte la quantitat de motors de combustió interna que es troben en actiu actualment, i les seues potencials emissions de contaminació si es realitzaren de manera incontrolada pel parc automobilístic, les normatives internacionals són cada vegada més estrictes quant a la quantitat de gasos perjudicials per al medi ambient que poden emetre aquests motors de manera unitària. A causa d'això, s'han anat desenvolupant i implantant tècniques de reducció de contaminants com el downsizing en el qual es redueix la grandària del motor per a reduir el consum, la implantació de motors híbrids i la Recirculació de Gasos de Fuita. Aquesta tècnica de recirculació pot abordar-se de dues maneres alternatives: la Recirculació de Gasos de Fuita de Ruta Llarga injecta aquests gasos abans del compressor, mentre que la Recirculació de Gasos de Fuita de Ruta Curta (o alta pressió) els reinjecta després del compressor, en el mateix collector d'admissió del motor. Atés que en totes dues configuracions es produeix una injecció directa del flux recirculat en el corrent principal, en el present treball es proposa un estudi numèric de la mescla entre els corrents d'aire i gasos recirculats usant un programari comercial de mecànica de fluids computacional (STAR-CCM+). En la configuració de Ruta Llarga s'ha proposat en primer lloc estudiar l'efecte en els paràmetres globals del compressor d'una entrada heterogènia composta per aire i gasos de fuita. Per a això, s'han analitzat 9 punts de funcionament diferents, tractant d'abastar el mapa complet del compressor centrífug amb una taxa d'injecció constant. S'ha demostrat, d'una banda, la necessitat d'un esquema transitori de càlcul per a l'obtenció de resultats de confiança en tot el domini del compressor. D'altra banda, s'ha demostrat que, amb taxes de penetració de flux estàndard, la injecció de gasos recirculats no té un impacte ressenyable en les prestacions del compressor, amb excepció de la zona de bombament. En segon lloc, s'ha desenvolupat un disseny numèric d'experiments en configuració de Ruta Llarga amb l'objectiu de trobar correlacions entre la condensació generada en aquestes unions (la qual pot aparéixer sota unes certes condicions d'operació del motor) i la mescla entre els corrents d'aire i gasos de fuita. S'ha demostrat que la penetració dels gasos en el corrent principal és un factor clau en la condensació generada, augmentant la quantitat de mescla entre tots dos corrents. En la configuració de Ruta Curta s'han realitzat estudis de configuració numèrica tractant d'estudiar la influència de factors com a malla, grandària del pas temporal i models de turbulència en la distribució final dels gasos de fuita entre els diferents cilindres del motor. S'ha demostrat que els submodelos RANS poden predir la major part de punts d'operació tant en variables mitjanes com instantànies comparant resultats numèrics amb mesuraments experimentals. Fixant una configuració numèrica, posteriorment s'han analitzat diferents mescladors en col·lectors de motors de 4 i 6 cilindres, demostrant l'aplicabilitat dels índexs de barrejat desenvolupats i quantificant la influència dels diferents efectes físics que influeixen en la distribució i mescla dels gasos de fuita en el corrent principal. / [EN] Considering the amount of internal combustion engines (ICEs) existing nowadays, and the pollutants that they could potentially emit, it is no surprise that international standards are getting increasingly severe regarding the allowed limits of pollutants that can be released by such engines. For this reason, different techniques have been developed in order to diminish pollutants, as downsizing in which the engine size is reduced to decrease the consumption, the hybridation of engines and the exhaust gases recirculation (EGR). This recirculation technique can be addressed by 2 different paths: Low Pressure EGR (LP-EGR) which reintroduce the exhaust gases before the compressor, while High Pressure EGR (HP-EGR) injects exhaust gases after the compressor in the intake manifold. Since both configurations deal with a direct injection of the recirculated flow in the main stream, in the present work a numerical study of the mixing between air and EGR flows is proposed, using a commercial code of computational fluid dynamics (STAR-CCM+). In LP-EGR configuration has been proposed the study of the influence of a heterogeneous inlet (composed by air and exhaust gases) on the main performance of a centrifugal compressor. To do that, 9 different operating points have been analyzed, trying to cover the whole map of the compressor with a constant injection rate. It has been demonstrated the necessity of a transient scheme for obtaining reliable results in the complete domain of the compressor. On the other hand, it has been proved that, with standard penetration rates of the flow, EGR do not have a remarkable impact in the performance of the compressor, besides the surge zone. In LP-EGR scheme, a numerical design of experiments has been developed with the aim to find correlations between the generated volume condensation (which can appear under some operating points of the engine) and the mixing between air and exhaust gases. It has been proved that the penetration of the EGR in the main stream is a key factor in volume condensation, increasing the amount of mixing between the streams. In HP-EGR configuration, different studies of numerical configuration have been conducted trying to find the influence of factors like mesh, time-step size, and turbulence models in the final distribution of exhaust gases between the cylinders of the engine. RANS submodels have demonstrated that can predict most of the operating points both average and instantaneous variables in comparison with experimental measurements. After that, fixing a numerical setup, different mixers in 4 and 6 cylinder manifolds have been calculated, showing the applicability of the developed mixing indexes, and quantifying the influence of the different physical effects that can influence in the mixing and distribution between air and exhaust gases streams. / García Olivas, G. (2021). Numerical study of EGR mixing and distribution in a piston engine intake line [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/179406