Bombas de alta velocidade, i.e., bombas com velocidade angular entre 300 a 6000 rad/s, são largamente empregadas na aviação, mísseis, área naval, indústria petroquímica, plantas de geração de energia como turbinas a gás ou vapor. Por causa das altas velocidades angulares, elas podem ser aplicadas sem a aplicação de redutores em motores foguetes a propelente líquido. O uso de bombas de elevada rotação se deve ao fato das necessidades de obter elevadas pressões (50 a 60 MPa) com pequenas dimensões, reduzida massa e poucos estágios. O objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia de dimensionamento dos principais parâmetros e características de uma bomba utilizada em Motores Foguetes a Propelente Líquido. A partir das dimensões e características energéticas da bomba de oxigênio líquido, é determinado os parâmetros de desempenho, através da dinâmica dos fluidos computacional. A partir dos resultados numéricos gerados pela simulação são propostos melhorias no projeto a fim de melhorar e otimizar a eficiência da bomba através da análise do comportamento do escoamento no interior da mesma. Para geração da malha do volume foi utilizado o programa Gambit. Para simular o escoamento na bomba centrífuga, as equações de Navier-Stokes com condições de contorno adequadas são resolvidas para a geometria tridimensional através do programa comercial de volumes finitos Fluent, assumindo o escoamento permanente, incompressível e sem a presença de gases dissolvidos no líquido. O modelo ?-? foi utilizado para simular a turbulência no escoamento. Baseado nos resultados obtidos como campo de velocidade, distribuição de pressão para diferentes fluxos mássicos foram analisados.

En este trabajo monográfico se quiere poder determinar mediante experiencias y el análisis de otros trabajos realizados en diferentes empresas pesqueras a nivel nacional; de los cuales se ha podido realizar una determinada recolección de datos y mejores maneras del aprovechamiento en la recuperación de las grasas de la materia prima, en esta monografía se trata de dar algunas pautas para una adecuada programación en la recuperación de sólidos grasos en el agua de bombeo, la cual pasa a ser un tema importante a tratar ya que de acuerdo a los limites permisibles contenidos de grasa en este elemento, se está tratando de controlar las evacuaciones al mar con la menor diferencia de grasa posible normándose mediante resoluciones dadas por el Ministerio de la Producción.

El documento digital no refiere asesor / Realiza el cálculo hidráulico de una red de abastecimiento de agua específicamente el sistema de agua fresca compuesta de tres bombas en paralelo, una en funcionamiento y dos en stand by las que enviaran 87.12 m3/h de agua fresca desde el tanque de almacenamiento hacia los diversos equipos distribuidos en las áreas de la Planta Concentradora. El sistema de agua fresca es de importancia relevante en una planta concentradora por la gran cantidad de bombas de pulpa que se tiene para el proceso las cuales trabajan de manera ininterrumpida y es necesario que estas bombas cuenten con una línea de refrigeración de los sellos de las bombas. Esta red hidráulica ha sido conceptualizada como el almacenamiento, la aducción, la línea de impulsión y las redes secundarias que alimentan cada equipo. El sistema cuenta con las siguientes características para distribuir agua desde el tanque de almacenamiento ubicado en la cota 4,740.00 msnm, hasta la ubicación de las bombas en la cota 4,722.10 msnm, para luego ser bombeados y distribuidos hasta los diversos puntos de la planta, teniendo el punto más distante y elevado a 4,737.40 msnm y el punto más distante y menos elevado a 4,703.00 msnm. La red transportara agua fresca de 1.00 de gravedad específica, presión atmosférica de 0.56 atm. Siendo las temperaturas de la zona -22°C la mínima y 18°C la máxima, en este caso se considera la temperatura de diseño 5°C. Respecto al transporte, la línea se ha dividido en tres tramos de tubería con diferente diámetro. El primero comprende los primeros 140 m, con un diámetro nominal de 6 in de HDPE desde el tanque de almacenamiento hasta la ubicación de las bombas; luego la línea de impulsión de cero la carbono con una salida de 6 in y que va reduciendo el diámetro para ganar presión a los distintos puntos de abastecimiento; finalmente las líneas secundarias y las llegadas con diámetros menores a 2 in., donde se considera rangos de velocidad de 1 a 3 m/s. El sistema tiene como límite de batería la llegada de la línea con un diámetro menor a 2 in. muy próximo al equipo y luego la conexión de la línea al equipo es mediante una manguera flexible de alta presión y resistencia. / Trabajo de suficiencia profesional

El documento digital no refiere un asesor / Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Trata sobre el cálculo de un impulsor de flujo radial para una bomba rotodinámica, su desarrollo en 3D y posterior verificación mediante la simulación en ANSYS CFX. El método el cual es desarrollado en una programación en Matlab se usa para la obtención de los datos de manera rápida y agiliza el dibujo paramétrico en Solidworks. El procedimiento de cálculo se describe mediante las ecuaciones, que a través de simplificaciones razonables, lleva a resultados próximos a la realidad. Está basado en la elaboración de la metodología y de diseño de un impulsor de flujo radial para lo cual se trabaja sobre la bases teóricas ya conocidas que a lo largo del desarrollo de estos equipos han ido modificándose con el fin de aportar un mejor desempeño de los mismos, pues en un inicio todos los fabricantes de bombas tuvieron que experimentar con sus prototipos con los que pudieron obtener conclusiones tales como fórmulas empíricas, coeficientes y recomendaciones que ayudaron a un mejor entendimiento del comportamiento de una bomba según lo diseñado teóricamente. / Trabajo de suficiencia profesional

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / El continuo aumento de demanda energética que se viene desarrollando año tras año en Perú, lleva a implementar nuevos sistemas de energía renovable para poder satisfacer las necesidades de confort climático. Para este caso se utiliza una energía renovable que se encuentra en la corteza terrestre y que a una cierta profundidad la temperatura es constante, un sistema basado en energía geotérmica, utilizando esta energía como una fuente inagotable que puede ser extraída de la tierra por medio del bombeo de fluidos calentados en su interior, aprovechando su gran inercia térmica. Es por ella que el objetivo de la investigación es el diseño de una vivienda familiar con las condiciones de confort óptimas para los residentes durante todo el año. Para esto se diseñara y dimensionara una instalación geotérmica para suministro de calefacción, refrigeración y agua caliente sanitaria (ACS) mediante una bomba de calor geotérmica. Este dimensionamiento se incluye los sondeos geotérmicos y la selección de la bomba de calor. Cumpliendo con las condiciones básicas del CTE y del RITE durante todo el proceso. / Trabajo de suficiencia profesional

Diante do expressivo aumento do número de refinarias de petróleo, bem como, com a crescente modernização das tecnologias de processo, englobando também o ramo petroquímico e de fertilizantes, notou-se que o consumo de energia de compressores centrífugos e suas eficiências tornaram-se de suma importância. Uma consequência desta nova realidade, está na necessidade de melhoria dos métodos estimativos para pré-dimensionamento e performance destas máquinas, o que necessariamente implica em uma previsão precisa de sua eficiência politrópica. Além disso, tais métodos devem também estimar as dimensões básicas de cada seção de compressão. A maior parte da literatura atual, versando sobre compressores centrífugos, tipo multiestágio, não está atualizada no que diz respeito à estimativa de eficiências politrópicas, quando comparadas com as eficiências alcançadas por compressores de fornecimento recente. Sendo assim, o principal objetivo da presente dissertação foi estimar um compressor centrífugo multiestágio, utilizando métodos adequados de cálculo. Isto implicou em comparar três métodos de estimativas, refletindo três procedimentos clássicos de cálculo, normalmente utilizados. Após pesquisa foram identificados três métodos, dois otimizados recentemente e um terceiro de abordagem mais antiga, proveniente de alguns fornecedores de compressores. Os métodos em análise são: Método das relações de Semelhança Otimizado por Sandberg (2016), Método de Lüdtke (2004), com correções propostas por Busaid e Pilidis (2016) e finalmente o Método dos Expoentes Politrópicos (N-Method), apresentado por Gresh (2001) e editado novamente em Gresh (2018). Os dois métodos mais recentes, embora baseados em diferentes critérios, apresentam estimativas de desempenho, dentro de uma precisão razoável, quando comparada aos dados reais de teste, enquanto que o método mais antigo, apresenta desvios significativos. Nesta dissertação, serão estimados seis casos reais de compressores, cujos resultados serão comparados aos estimados pelos três métodos de cálculo. Analisando os métodos, à luz dos desvios indicados nas tabelas para os seis casos, pode-se afirmar que o Método Simplificado e Corrigido de Lüdtke foi o que apresentou melhores resultados. O desvio relativo máximo apresentado foi na potência de eixo, cujo valor foi de 5,1%. Considerando o Método de Sandberg, verifica-se a partir dos desvios listados nas tabelas, que não cumpriu com o limite de aceitabilidade no tocante à potência no eixo para dois dos casos estudados. Entretanto, com exceção a estes dois casos, o método mostrou-se bastante satisfatório. Finalmente, analisando o Método dos Expoentes Politrópicos, citado por Gresh (2018), pode-se dizer que este método só foi aceitável para dois casos. Para os demais, segundo os desvios indicados nas tabelas, o método mostrou-se inadequado devido a desvios significativos na sua eficiência politrópica. / With the crescent number of modern fertilizer plants and hydrocracking process units in oil refineries, the consumption of energy and consequently the efficiency of centrifugal compressors were made of paramount importance in present day. A consequence of this new reality is the necessity of improvement of the methods that estimate the polytropic efficiency of these compressors. Furthermore, new methods also need to predict the basic geometric parameters of each machine. On the other side, most of the literature, which deals with polytropic efficiencies, is not up to date with the values performed by modern compressors. The main scope of present work is to provide background information and present a comparison between two up to date methods and a third classical old method, based on different approach, but capable to predict the performance and sizing of multistage centrifugal compressors. The methods under analysis are: Sandberg (2016) Optimized Similarity Method, Lüdtke\'s Method (2004), with corrections proposed by Busaid and Pilidis (2016) and finally the Politropic Exponent Method (N-Method), presented by Gresh (2001) and edited again in Gresh (2018). Both the newer methods present good agreement with the values performed by several compressors, as demonstrated when these methods are adopted, whilst the old method presents some deviations, mainly in the gas power. In this paper, six real cases will be estimated by the three methods and compared against supplier data; the results will be justified. Analyzing the methods, in respect of the deviations indicated in the tables for the six cases, it can be stated that the Simplified and Corrected Method of Lüdtke was the one that presented the best results. The maximum relative deviation presented was in the brake horsepower, whose value was of 5.1%. Considering the Sandberg Method, it can be verified from the deviations listed in the tables, that it did not meet the limit of acceptability regarding power on the axis for two of the cases studied. However, with the exception of these two cases, the method was quite satisfactory. Finally, analyzing the Politropic Exponents Method, quoted by Gresh (2018), it can be said that this method was only acceptable for two cases. For the others, according to the deviations indicated in the tables, the method proved to be inadequate, due to significant deviations in its polytropic efficiency.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / El elevado consumo de calefacción y los elevados índices de contaminación ambiental provocado por el consumo leña (u otro combustible fósil) en algunas regiones de Chile. Han motivado al desarrollo del presente trabajo de título como una alternativa eficiente, limpia y sustentable. Este consiste en la realización de estudios prospectivos técnicos-económicos para la implementación de tecnologías de bombas de calor (BC) de fuente de agua superficial (SWHP, Surface Water Heat Pump) para el suministro de calefacción (CC) y agua caliente sanitaria (ACS) en Chile. Específicamente se busca desarrollar el diseño básico de 3 centrales de calefacción distrital, que utilicen como mecanismo de generación de calor los sistemas SWHP para 3 casos de estudio en Chile, en donde el suministro de CC y ACS se realiza mediante la circulación de agua caliente por una red de distribución. Posteriormente se estudia la factibilidad económica de los sistemas diseñados para el modelo de negocio propuesto. Para el desarrollo de este trabajo se emplea la siguiente metodología: i) Recopilación de antecedentes generales, ii) Investigación del estado del arte de los sistemas SWHP, iii) Selección y caracterización de los casos de estudio, iv) Caracterización de la demanda térmica de los casos de estudio, v) Desarrollo de diseños de las centrales de calefacción distrital de tipo RWSHP (River Water Source Heat Pump), SWSHP (Sea Water Source Heat Pump) y LWSHP (Lake Water Source Heat Pump), vi) Análisis de desempeño y eficiencia energética y vii) evaluación de la factibilidad económica de las soluciones. Los principales resultados son los siguientes: RWSHP (Valdivia) SWSHP (S. P. de la Paz) LWSHP (Puerto Octay) Usuarios 553 casas 125 casas y 340 deptos. 5 Edificios públicos Reservorio Río Calle-Calle Océano pacífico Lago Llanquihue Captación Open loop direct Open loop indirect Open loop direct Demanda Térmica 3.533[GWht/año] 2 .859 [GWht/año] 889[GWht/año] 2.989[kW] 2.542[kW] 341[kW] Bomba de Calor (6) Mayekawa N6HK (6) Mayekawa N6HK (1) Sabroe Dual Pack COP Sistema 3,82 3,62 3,94 VAN (10%) 977.579 [USD] 1.046.150 [USD] 582.569 [USD] TIR 13 % 14 % 22 % Tarifa [CLP/kWht] 165 185 162 Se concluye los sistemas SWHP son competitivos para aplicaciones de CC y ACS presentando COP medio de 3,79 y una buena rentabilidad si se considera un modelo de negocio tipo ESCO, sin embargo, las tarifas no son competitivas en relación con el costo de las alternativas convencionales de calefacción; razón por la cual se justifica algún subsidio de gobierno, fijando así el precio en 78 [CLP/kWht] para los usuarios beneficiados con esta tecnología. También aprecia que sistemas SWHP open loop directo (RWSHP y LWSHP) tienen un mejor desempeño en comparación al tipo open loop indirecto (SWSHP), esto se debe a que el directo aprovecha todo el potencial del reservorio; mientras que los indirectos deben entregar parte de ese calor a un fluido secundario para hacer el transporte hacia la BC. Finalmente se observa que el COP del sistema es sensible a la temperatura del reservorio y de la temperatura de diseño a la salida del condensador de la BC (mayor COP a mayor T° del acuífero y menor T° de diseño).

Memoria para optar al título de Ingeniera Civil Mecánica / En las últimas décadas ha aumentado drásticamente el consumo energético mundial, los precios de los combustibles fósiles y las emisiones de gases de efecto invernadero. Ante este escenario, las bombas de calor geotérmicas pueden ser una solución de menor consumo energético, de menor costo operacional y menos contaminante que otros sistemas convencionales de calefacción. En este estudio se analiza la factibilidad técnico-económica de la utilización de las bombas de calor geotérmicas combinadas con un sistema solar para calefaccionar edificios en Chile. Los casos de estudio corresponden a edificios de 3, 7 y 11 pisos, ubicados en las localidades de: La Serena, Santiago, Osorno y Coyhaique. En primer lugar, se recopila información de las localidades de estudio y los edificios a nivel nacional. Posteriormente, se estima la demanda térmica de las edificaciones. Luego, se diseñan sistemas de calefacción con calderas a gas y con bombas de calor geotérmicas con apoyo solar. Finalmente, se comparan financieramente los proyectos con bombas de calor geotérmicas, con y sin apoyo solar, respecto a los proyectos de calefacción con calderas a gas. Para el diseño de sistemas se utiliza: losa radiante como sistema de distribución, bombas de calor con colectores verticales cerrados, colectores solares planos y calderas a gas licuado de petróleo (GLP). Los proyectos de calefacción con bombas de calor geotérmicas sin apoyo solar tienen inversiones iniciales 5 veces más grandes que las inversiones iniciales de los proyectos con caldera a gas. Sin embargo, los costos operacionales de los proyectos con caldera a gas son 2,7 veces más altos que los costos operacionales de los proyectos con bombas de calor geotérmicas. En el largo plazo, los menores costos operacionales de los sistemas con bombas de calor geotérmicas permiten recuperar la inversión diferencial respecto al sistema con caldera a gas. Por otro lado, los sistemas geotérmicos con apoyo solar disminuyen la inversión inicial en un 2,7% y sus costos operacionales en un 2,5 %, respecto al caso con solo geotermia. Al contrastar los proyectos con bombas de calor geotérmicas y apoyo solar con los proyectos de calderas a gas en la ciudad de Coyhaique se obtienen tasas internas de retorno del orden del 5,7% y períodos de recuperación de 25 a 26 años. En Santiago y Osorno las tasas internas de retorno van desde el 3,9% al 4,5% y períodos de recuperación entre 35 y 45 años. Por último, en La Serena los períodos de recuperación superan los 50 años. De esta manera, los proyectos con bombas de calor geotérmicas presentan mayores rentabilidades en las localidades ubicadas más al sur de Chile.

Neste trabalho é apresentada uma metodologia de projeto de bomba dinâmica por lâmina ondulante. Um algoritmo permite determinar variáveis de projeto da bomba que maximizem a eficiência energética. A bomba consiste em um canal de seção transversal quadrada, dentro do qual há uma lâmina flexível, articulada nas extremidades. Impõe-se deformação transversal nessa lâmina. A deformação deve ter forma senoidal que se propaga ao longo da lâmina. A amplitude e a freqüência de oscilação são controladas. Os campos de pressão e velocidade no canal foram estimados por simulação numérica, uma vez que não é possível obter uma solução analítica. O Método dos Elementos Finitos foi empregado para resolver a equação de Navier-Stokes. O movimento da lâmina foi representado através do conceito de fronteiras virtuais móveis. Uma vez obtidos os campos de pressão e velocidade, calcula-se a eficiência energética para avaliar quais variáveis de projeto geram maior eficiência energética. Doze atuadores eletromagnéticos aplicam forças a lâmina. O estado da lâmina é observado por cinco sensores de posição capacitivos. O comprimento da lâmina, a largura da lâmina, amplitude das oscilações, a freqüência das oscilações, altura do canal e largura do canal são variáveis de projeto. Uma tabela que relaciona variáveis de projeto e eficiência mecânica foi calculada. Os resultados de simulação numérica indicam que é possível obter eficiência energética média da ordem de 20%. Resultados experimentais mostram o escoamento na saída da bomba. Este escoamento ocorre por golfadas em lados alternados da lâmina ondulatória. / In the present work a design methodology of ondulatory pumps is proposed. An algorithm determines the design variables which maximize energy efficiency. The pump consists of a channel, with square transversal area, and a flexible blade hinged at its extremities. A sinusoidal transversal deformation is imposed by electromagnetic forces. The transversal deformation have sinusoidal shape and propagates along the channel, it resembles the movement of anguiliform fishes. The amplitude and frequency of oscillations are controled. The pressure and velocity fields in the channel are computed by numerical simulations since analytical solutions are not possible. The Finite Elements Method is used to solve the Navier-Stokes equations. The blade movement is represented through the concept of virtual moving boundaries. Once the pressure and velocity fields are computed, the mechanical efficiency of the pump is computed to determine which set of design parameters generates higher energy efficiency. Twelve electromagnetic actuators apply forces on the blade. The state of the blade is observed by five capacitive position sensors. Amplitude of oscillations and frequency of oscillations are design variables. A map from design variables space to efficiency was computed. The results from numerical simulations suggest that it is possible to generate energy efficiency close to 20%.Experimental results show the flow at the outlet of the pump. The flow is more intense on alternate sides of the ondulatory beam.

Processos de refinação de petróleo caracterizam-se pelo intenso consumo energético. Dentre as mais variadas operações presentes nesta indústria, a separação de correntes por torres de destilação apresenta posição de destaque, despendendo mais de 40% da energia gasta por uma refinaria. Plantas de separação de propeno, importante produto para a indústria petroquímica visando a produção de polipropileno, se enquadram neste sentido, requerendo torres de destilação de considerável uso energético. Apesar da grande rejeição de calor referente a este consumo, por apresentar baixo nível térmico associado, frequentemente não se observa o seu aproveitamento. Neste contexto, bombas de calor apresentam-se como excelente alternativa para recuperação energética de correntes de rejeito térmico, com vastos exemplos na literatura aplicados à indústria e, especificamente associados a torres de destilação. Neste trabalho avaliou-se, por meio de modelagem e simulação computacional, a aplicação de duas modalidades de bomba de calor em ciclo de compressão de vapor (compressão de topo e compressão do fundo despressurizado), e uma em ciclo de absorção, integradas a uma planta de separação de propeno de uma refinaria localizada no Brasil, comparativamente a uma planta equivalente utilizando processo de destilação convencional com refervedor de fundo e condensador de topo. Para as premissas definidas no trabalho, verificou-se como o melhor resultado, a aplicação da bomba de calor por compressão de vapor de topo da coluna de destilação, o qual demonstra que 4,1 MW associado ao trabalho de eixo do compressor, torna possível uma economia energética de mais de 80% do consumo de vapor dágua e água de resfriamento, se comparados à planta convencional, sem a utilização de bomba de calor. Cálculos de rendimento exergético demonstram a melhor configuração ser 2,4 vezes mais eficiente que o modelo convencional. Limitações de troca térmica foram observadas no estudo de caso da bomba de calor de compressão de fundo despressurizado, demandando uma recirculação adicional de propano ao ciclo, com consequente redução de rendimento exergético a um patamar intermediário entre o caso convencional e o melhor resultado observado. Já para a bomba de calor de absorção, verificou-se, para o fluido de trabalho praticado e condição simulada, resultado aquém da situação convencional. Por fim, avalia-se que a aplicação de fonte térmica alternativa (vapor sub-atmosférico), de baixo conteúdo exergético, ainda que de difícil obtenção junto à refinaria, poderia viabilizar a inversão dos resultados observados, recomendando a sua verificação de uso para estudos futuros. / Oil refining process are recognized by its very intense energy consumption. In this industry, distillation columns are extensively used for product separation. Contributing with more than 40% of refinery energy consumption, distillation units typically require high level of heat rejection, frequently not capable of being directly used, due to its low temperature profile. In this scenario, the distillation of propylene, important product for petrochemical industry is set as one of the most energy intense refinery process. Process integration using heat pumps are considered an excellent choice to provide waste heat upgrade, with numerous examples applied to industry and specifically for distillation towers cited in the literature. In this work, two different vapor compression heat pump cycles (tower overhead compression and bottom flash compression) and an absorption heat pump cycle were applied to a propylene distillation facility located at a Brazilian refinery, in a comparison analysis with a conventional distillation process with typical bottom reboiler and overhead condenser. Considering the defined basis, the overhead vapor compression scheme has shown the better result, since its shaft compressor work of 4.1 MW, integrated to the tower allows reducing more than 80% of steam and cooling water consumption originally associated. An exergetic analysis was performed, confirming the proposal scheme to be 2.4 times more efficient than the process without heat pump integration. An intermediate result, between the conventional distillation and associated overhead vapor compression heat pump was observed in the bottom flash case, since, as consequence of a heat exchange bottlenecking, an additional propane compression loop had to be applied. With regards to the absorption heat pump scheme, considering the chosen fluid and the plant work conditions, no advantage was observed in comparison to the conventional case. In time, an alternative utility (vacuum steam), with low exergy content, was applied to the conventional system, replacing the low pressure steam originally used. Besides its difficult practical application, the alternative utility has proved to be able to reverse the previous work results, thus, further studies are recommended regarding its viability of use.