El presente trabajo consiste en el diseño de un sistema de extracción de gases de combustión bajo condiciones controladas (velocidad y temperatura), con la finalidad de acondicionar los gases de combustión de la quema de la leña, bosta y yareta para la identificación y cuantificación de las emisiones según normas internacionales. Este sistema se instalará en el Laboratorio de Energía de la Pontificia Universidad Católica del Perú. El diseño de este sistema de extracción se basa en el método 5G de la Agencia del Medio Ambiente de los Estados Unidos de Norteamérica (EPA), que se centra en los procedimientos para la medición del material particulado de estufas estáticas. Esto se complementa con las recomendaciones la Sociedad Americana Gubernamental de la Industria Higiénica (ACGIH), Asociación Americana de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE), Asociación Nacional de Contratistas de Fabricación en Láminas de Metal para Aire Acondicionado (SMACNA), entre otros. Las condiciones nominales de operación del sistema son las siguientes: capacidad de extracción de la mezcla de gases (aire con gases de combustión) 0,27m3/s, temperatura de la mezcla de gases al ingreso del sistema es de 76°C. Estas condiciones se alcanzan cuando en la estufa estática se quema 4.7 kg/hr de combustible (leña). El sistema de extracción cuenta con tres zonas: (i) zona inicial, (ii) zona de estabilización, y (iii) zona de medición. Cada una de ellas cumple con una tarea predeterminada para llevar a cabo el proceso de medición. Las dimensiones de los ductos y accesorios (longitud y diámetro) se estimaron en base a la velocidad recomendada de operación considerando el flujo de extracción de gases obtenido. Los diámetros de los ductos y sus longitudes se encuentran entre 150 mm a 300 mm, y 250 mm a 3030 mm, respectivamente. Así mismo las dimensiones de las chimeneas se obtuvieron después de analizar las condiciones externas (edificaciones contiguas) al Laboratorio de Energía, siendo la altura obtenida de 21,5m. Esta altura garantizaría la correcta dispersión al medio ambiente de los gases de combustión, evitando así la contaminación de los edificios con estos mismos. Sin embargo obtener esta altura no será posible debido a las condiciones en la infraestructura del Laboratorio. Se calcularon las pérdidas de presión en la zona de medición, logrando obtener una caída de presión de 66,59mmH2O, este procedimiento se realizó para realizar la selección del ventilador a usar en esta zona con la finalidad de obtener un control permanente sobre la velocidad del flujo de gases en el interior del sistema de extracción. Finalmente se realizó un cuadro comparativo para las dos propuestas económicas presentadas por las empresas Tecnitemp EIRL e Ingeniería Industrial Arana EIRL para la fabricación del sistema de extracción, siendo la empresa Ingeniería Industrial Arana la que ofrece una mejor propuesta económica para realizar este trabajo. / Tesis

El presente trabajo desarrolla el Diseño de un sistema de extracción localizada para el Laboratorio de Carbón, que sirva o permita la extracción de los gases producidos al momento de realizar los ensayos ya sea con briquetas de carbón, biomasa (residuos forestales) o cascarillas de arroz. Para capturar las partículas se desarrolla un sistema de extracción compuesta por una campana extractora localizada tipo Canopy (fija), el transporte de los gases y partículas se realiza por medio de conductos (rectangulares), codos, un sistema de regulación, absorbidas por un ventilador centrifugo que opera a presión negativa, pasando por los filtros de mangas (polipropileno) para la captura de partículas y finalmente por el depurador de limpieza (lavador tipo Venturi), se realiza el lavado de los gases extraídos. El cálculo para la selección y diseño del sistema de extracción, comprende de ductos de 300mm× 300mm, donde el fluido es absorbido con una velocidad de captura de 0,6m s , velocidad de entrada (transporte) de 20m s , se opta un ventilador centrífugo de alabes inclinados hacia atrás, es decir < 90° 2 β , lo cual tiene como característica un menor consumo de potencia, la transmisión de la potencia del motor hacia el ventilador se realiza por medio de bandas V, la velocidad del rotor y potencia del motor-ventilador es de 1548 rpm y 2.0 hp , finalmente para la limpieza y captura de las partículas se realiza por medio de filtro cuya área neta de la tela es aproximadamente 38 m2 y un área total de la tela de 75 m2 . Finalmente se presenta los planos de ensamble, despiece y fabricación de todo el sistema de extracción con un costo total de $ 31,730.00 (dólares americanos), se realiza los manuales de la instalación y de operación del todo el sistema de extracción localizada. Se adopta las Normas Técnicas de Prevención Españolas para establecer los valores admisibles dentro de laboratorio y mantener el confort de las personas al momento de realizar los ensayos. / Tesis

Ingeniero Civil Industrial / Este informe aborda la problemática ambiental empresarial, responsable en gran parte del calentamiento global, enfocada a una empresa de la industria del transporte de carga. El proyecto, considera en primera instancia, la medición de la huella de carbono de Chilexpress y luego tiene como objetivo final evaluar técnico y económicamente las principales medidas de mitigación para reducir su huella. La medición de la huella de Carbono se realizó tomando como año base el 2012, incluyendo sólo las emisiones de la Región Metropolitana, considerando emisiones por consumo de combustible en la flota de camiones, camionetas y motos, consumos eléctricos en las sucursales, emisiones por fugas de gases refrigerantes, entre otras, detalladas en el presente informe. Como resultado de la primera etapa, se contabiliza un total de 8.052 tCO₂e/año, las que se explican en mayor medida por las emisiones asociadas a carga aérea con 4.019 tCO₂e/año, emisiones asociadas a rutas terrestres con 1.716 tCO₂e/año y a emisiones asociadas a recorridos de camionetas dentro de la ciudad con 1.210 tCO₂e/año. En conjunto, estos tres segmentos representan el 83,6% de la Huella de Carbono de Chilexpress. Luego de analizar los puntos críticos, se evaluaron económicamente cinco medidas de mitigación, las cuales debieran implementarse según el siguiente orden de prioridad en cuanto a costo-efectividad; incorporación de bicicletas eléctricas, eco-conducción, instalación de componentes aerodinámicos, incorporación de motos eléctricas y finalmente incorporación de furgones eléctricos. Todas las alternativas de mitigación evaluadas resultaron ser atractivas económicamente por pertenecer a medidas relacionadas con eficiencia energética. En conjunto, la implementación de los proyectos logra reducir una cantidad de 238 tCO₂e/año, equivalente al 10,1% de las emisiones propias de Chilexpress, correspondiente a dejar fuera de circulación a 200 vehículos particulares cada año. Por otro lado, los beneficios económicos, fluctúan entre $208.853 CLP por tCO₂e evitada, con las bicicletas eléctricas, y los $55.305 por tCO₂e evitada, con los furgones eléctricos. Considerando estos positivos resultado, es recomendable que Chilexpress siga progresivamente replicando esta metodología a nivel nacional, generando beneficios económicos, sociales y ambientales de manera global.

La combustión representa en la actualidad una de las principales fuentes de generación de energía en el mundo. A pesar de las ventajas significativas de los procesos de combustión, estos traen consigo un problema crítico relacionado con la emisión de contaminantes que impactan directamente en la salud y el medio ambiente. Estudios continuos son por lo tanto requeridos para mejorar la eficiencia de los sistemas de combustión existentes y reducir los efectos negativos de los procesos de combustión. El estudio numérico de una llama difusiva turbulenta en un quemador tipo bluff-body, usando OpenFOAM como herramienta computacional, es realizado en este trabajo. El modelamiento numérico es realizado utilizando un abordaje basado en la resolución de las ecuaciones Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS). El modelo de combustión usado es el Eddy Dissipation Concept (EDC). GRI-MECH 3.0 es utilizado a su vez como el mecanismo describiendo la cinética química del proceso. La turbulencia es tratada con el modelo RANS k-omega y la radiación con el modelo de aproximación P-1. La malla computacional incluye 900 mil elementos, la cual permite describir razonablemente bien el flujo en la estela próxima al bluff-body. Los resultados numéricos obtenidos son comparados con datos experimentales disponibles de campos de velocidad, tensores de Reynolds y perfiles de OH. Las referidas comparaciones enfatizan que hay una concordancia aceptable entre los resultados obtenidos de las simulaciones numéricas y los valores de los parámetros medidos experimentalmente. Esto implica que el modelo de combustión EDC puede ser utilizado para caracterizar el flujo reactivo turbulento en configuraciones de quemadores como los analizados en este trabajo.

El hidrógeno como un vector energético y combustible renovable es una de las mejores alternativas a los combustibles fósiles tradicionales por su alta densidad de energía y nula generación de gases de efecto invernaderos durante su combustión. Por esta razón, en los últimos años se han desarrollado múltiples métodos para su producción a partir de fuentes renovables como el agua y la biomasa. Sin embargo, actualmente la producción mayoritaria de hidrógeno proviene de fuentes no renovables, de modo que el impacto medioambiental de una economía basada en hidrógeno como fuente de energía puede resultar negativa. Bajo este contexto surge la necesidad de evaluar el nivel de sostenibilidad de los métodos de producción para garantizar que una eventual economía basada en este elemento sea sustentable desde su etapa de síntesis hasta el momento de su aplicación. El presente trabajo de investigación presenta una revisión crítica de los principales procesos de obtención de hidrógeno, así como de alternativas emergentes, tras lo cual se realiza una evaluación del grado de sostenibilidad de cada uno en base a los doce principios de química verde. A partir de esta valoración se proponen las alternativas más favorables para la producción de hidrógeno. Asimismo, se ofrecen opciones para desarrollar una metodología flexible que permita cuantificar el grado de sostenibilidad con el fin de eliminar la ambigüedad y subjetividad inherentes a realizar una evaluación con criterios descriptivos.

El presente trabajo desarrolla el Diseño de un sistema de extracción localizada para el Laboratorio de Carbón, que sirva o permita la extracción de los gases producidos al momento de realizar los ensayos ya sea con briquetas de carbón, biomasa (residuos forestales) o cascarillas de arroz. Para capturar las partículas se desarrolla un sistema de extracción compuesta por una campana extractora localizada tipo Canopy (fija), el transporte de los gases y partículas se realiza por medio de conductos (rectangulares), codos, un sistema de regulación, absorbidas por un ventilador centrifugo que opera a presión negativa, pasando por los filtros de mangas (polipropileno) para la captura de partículas y finalmente por el depurador de limpieza (lavador tipo Venturi), se realiza el lavado de los gases extraídos. El cálculo para la selección y diseño del sistema de extracción, comprende de ductos de 300mm× 300mm, donde el fluido es absorbido con una velocidad de captura de 0,6m s , velocidad de entrada (transporte) de 20m s , se opta un ventilador centrífugo de alabes inclinados hacia atrás, es decir < 90° 2 β , lo cual tiene como característica un menor consumo de potencia, la transmisión de la potencia del motor hacia el ventilador se realiza por medio de bandas V, la velocidad del rotor y potencia del motor-ventilador es de 1548 rpm y 2.0 hp , finalmente para la limpieza y captura de las partículas se realiza por medio de filtro cuya área neta de la tela es aproximadamente 38 m2 y un área total de la tela de 75 m2 . Finalmente se presenta los planos de ensamble, despiece y fabricación de todo el sistema de extracción con un costo total de $ 31,730.00 (dólares americanos), se realiza los manuales de la instalación y de operación del todo el sistema de extracción localizada. Se adopta las Normas Técnicas de Prevención Españolas para establecer los valores admisibles dentro de laboratorio y mantener el confort de las personas al momento de realizar los ensayos.

Las reacciones químicas que ocurren en procesos de pirólisis y combustión de hidrocarburos originan la formación de material particulado, comúnmente conocido como hollín. El estudio de las especies químicas críticas que controlan la formación de hollín, así como de los principios físicos y químicos asociados, es de gran importancia para disminuir los impactos negativos de este contaminante en la salud y en el medio ambiente, y para la mejora de la eficiencia de los sistemas de combustión. En ese sentido, el objetivo principal de este trabajo es el estudio de las especies químicas precursoras que controlan la formación de hollín. Para ello, por medio de modelamiento numérico basado en dinámica de fluidos computacional (CFD), una llama laminar difusiva de etileno/aire en coflujo, que tiene como característica principal la producción de cantidades relativamente grandes de hollín, es evaluada. Más específicamente, diferentes modelos de formación de hollín en llamas laminares difusivas son implementados, y luego los resultados obtenidos con estos modelos son comparados entre sí y con datos experimentales. En particular, diferentes mecanismos de cinética química son comparados en base a las concentraciones de las principales especies químicas que intervienen en la formación de hollín. Además, los modelos de formación de hollín son evaluados considerando un caso de estudio estudiado experimentalmente en el pasado, el cual cuenta con mediciones de temperatura y fracción volumétrica de hollín. Adicionalmente, a fin de observar los efectos sobre la formación de hollín, un análisis de sensibilidad de los parámetros empíricos empleados en uno de los modelos de hollín estudiados es también realizado. Los resultados obtenidos enfatizan que aún queda un largo camino por recorrer antes de tener un modelo de hollín capaz de describir adecuadamente la formación de este contaminante crítico en situaciones de interés practico.

La creciente tendencia de utilizar vehículos eléctricos, conlleva a reemplazar los grifos de vehículos de combustibles fósiles por electrolineras. Una electrolinera puede utilizar una fuente de energía renovable (ej. Solar o eólico) para cargar un vehículo; además, el excedente de energía podría ser suministrado a la red eléctrica trifásica, haciendo uso de un convertidor electrónico dc/ac (o inversor). Sin embargo, conectar un convertidor tradicional reduce la estabilidad relativa de la frecuencia eléctrica de la red, porque no ofrece oposición ante un cambio de frecuencia, tal como lo hace un generador síncrono debido a la inercia de su rotor. Las variaciones de frecuencia son producto del desequilibrio entre la potencia generada y las cargas en la red. Si la frecuencia se aleja mucho de su valor nominal o si la rapidez de cambio de la frecuencia es elevada, puede afectar el sincronismo de los generadores que alimentan la red. Por lo tanto, se procede a cortes de energía en sectores de la red, para evitar que la inestabilidad se propague en otros sectores de la red, lo cual se traduce en grandes pérdidas económicas. La presente tesis busca establecer una estrategia de control para que un convertidor tradicional permita la conexión de una fuente de energía renovable a la red eléctrica, con el objetivo de mejorar la estabilidad de la red, mediante el suministro de inercia virtual (o emulación de inercia). La estrategia de control no requiere la utilización de elementos adicionales complejos o costosos en el convertidor o la modificación de este, lo cual constituye una solución económica y sin complejidad constructiva. Al final de la tesis se realiza simulaciones en Matlab para probar los diseños de los lazos de control y se valida resultados en PSIM (simulador de electrónica de potencia), logrando un convertidor con inercia virtual, que puede suministrar a la red, igual o mejor inercia que un generador síncrono hidroeléctrico de grandes dimensiones.

El presente trabajo consiste en el diseño de un sistema de extracción de gases de combustión bajo condiciones controladas (velocidad y temperatura), con la finalidad de acondicionar los gases de combustión de la quema de la leña, bosta y yareta para la identificación y cuantificación de las emisiones según normas internacionales. Este sistema se instalará en el Laboratorio de Energía de la Pontificia Universidad Católica del Perú. El diseño de este sistema de extracción se basa en el método 5G de la Agencia del Medio Ambiente de los Estados Unidos de Norteamérica (EPA), que se centra en los procedimientos para la medición del material particulado de estufas estáticas. Esto se complementa con las recomendaciones la Sociedad Americana Gubernamental de la Industria Higiénica (ACGIH), Asociación Americana de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE), Asociación Nacional de Contratistas de Fabricación en Láminas de Metal para Aire Acondicionado (SMACNA), entre otros. Las condiciones nominales de operación del sistema son las siguientes: capacidad de extracción de la mezcla de gases (aire con gases de combustión) 0,27m3/s, temperatura de la mezcla de gases al ingreso del sistema es de 76°C. Estas condiciones se alcanzan cuando en la estufa estática se quema 4.7 kg/hr de combustible (leña). El sistema de extracción cuenta con tres zonas: (i) zona inicial, (ii) zona de estabilización, y (iii) zona de medición. Cada una de ellas cumple con una tarea predeterminada para llevar a cabo el proceso de medición. Las dimensiones de los ductos y accesorios (longitud y diámetro) se estimaron en base a la velocidad recomendada de operación considerando el flujo de extracción de gases obtenido. Los diámetros de los ductos y sus longitudes se encuentran entre 150 mm a 300 mm, y 250 mm a 3030 mm, respectivamente. Así mismo las dimensiones de las chimeneas se obtuvieron después de analizar las condiciones externas (edificaciones contiguas) al Laboratorio de Energía, siendo la altura obtenida de 21,5m. Esta altura garantizaría la correcta dispersión al medio ambiente de los gases de combustión, evitando así la contaminación de los edificios con estos mismos. Sin embargo obtener esta altura no será posible debido a las condiciones en la infraestructura del Laboratorio. Se calcularon las pérdidas de presión en la zona de medición, logrando obtener una caída de presión de 66,59mmH2O, este procedimiento se realizó para realizar la selección del ventilador a usar en esta zona con la finalidad de obtener un control permanente sobre la velocidad del flujo de gases en el interior del sistema de extracción. Finalmente se realizó un cuadro comparativo para las dos propuestas económicas presentadas por las empresas Tecnitemp EIRL e Ingeniería Industrial Arana EIRL para la fabricación del sistema de extracción, siendo la empresa Ingeniería Industrial Arana la que ofrece una mejor propuesta económica para realizar este trabajo.

La combustión representa una de las principales fuentes de generación de energía en el mundo en la actualidad y lo seguirá siendo en los próximos años debido al creciente consumo energético mundial. A pesar de todas sus ventajas, la combustión trae consigo el problema de la contaminación ambiental, debido a los gases y partículas nocivas producidas durante las reacciones químicas. Por ello estudios continuos son requeridos para hacerla cada vez más eficiente y menos dañina para el medio ambiente y la salud humana. El presente trabajo tiene como objetivo principal estudiar llamas turbulentas difusivas en un quemador tipo bluff-body usando herramientas computacionales de dinámica de fluidos computacional (CFD) de código abierto. El modelamiento numérico es realizado utilizando abordajes del tipo Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) y Large Edyy Simulation (LES). La interacción entre las reacciones químicas y la turbulencia es descrita con los modelos de combustión Eddy Dissipation Concept (EDC) y Flamelet Progress Variable (FPV), en conjunto con el mecanismo de cinética química GRI-MECH 3.0. Modelos particulares de turbulencia considerados incluyen el modelo RANS k-omega y LES WALE. Finalmente, los resultados son comparados y validados con datos experimentales disponibles en la literatura de campos de velocidad, tensores de Reynolds y perfiles de OH. El principal aporte de este trabajo es la evaluación a detalle de los modelos de combustión EDC-RANS y FPV-LES para posteriormente determinar si pueden ser considerados en un marco numérico, actualmente en desarrollo, capaz de modelar la formación de hollín en sistemas de combustión presentando fuertes interacciones entre turbulencia, reacción química y formación de hollín.