La tesis busca diseñar, fabricar y probar un dispositivo que permita calentar agua con leña, para satisfacer las necesidades de pobladores ubicados en las zonas más frías de nuestro territorio. Disponer de este dispositivo permitirá disminuir la falta de higiene de estos pobladores, atacará el problema de salud que se origina por la inhalación de gases de combustión que se desprenden al usar la leña como elemento portador de energía. En este trabajo de tesis se explica la metodología de diseño conceptual, el diseño cumple con una lista de exigencias y deseos que sirven como parámetros en busca del prototipo ideal, se analiza la estructura de funcionamiento y se descompone en sus elementos esenciales, los cuales a través de una matriz morfológica encuentran de forma rápida y creativa soluciones a sus problemas. La tesis cuenta con instrucciones de fabricación que permiten construirla de forma sencilla, tiene una breve descripción de las partes del calentador de agua, también cuenta con parámetros de soldadura, prueba hidrostática y evaluación económica. La máquina es un calentador de agua de forma cilíndrica, que por medio de la transferencia de calor que se produce entre el agua, las paredes del cilindro y la cámara de combustión donde se quema la leña, el agua eleva su temperatura. El calentador es versátil sirve también para calentar bañeras, piscinas o jacuzzis pues al elevar la temperatura del agua, esta circula por el calentador por medio del efecto físico que se produce al cambiar su densidad. (Efecto Termosifón) El dispositivo es seguro, tiene una eficiencia del 33.74% la cual es muy alta para este tipo de máquinas. El tiro de la chimenea minimiza la emisión de gases de combustión al ambiente, contribuyendo a disminuir las enfermedades que se originan por aspiración de gases contaminantes. En la actualidad no se disponen comercialmente de este tipo de máquinas en nuestro país, mucho menos hechas con materiales reciclados, este diseño logrará un impacto positivo al despertar la curiosidad por la inventiva en las personas demandantes de tecnología, al ver que en su mayoría el calentador esta hecho de materiales de segundo uso y que puede ser desarrollado por ellos. / 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

La presente tesis aborda un análisis experimental del rendimiento, y emisiones de gases de escape de los efectos del octanaje y del contenido de etanol de la gasolina comercial sobre el comportamiento de un motor mono-cilíndrico de encendido por chispa que pertenece a un grupo electrógeno CATTINI/RI1500T2 de 1500 W, el cual fue abastecido con distintos gasolinas y gasoholes de distintos octanajes, se varió la relación de compresión y fue instalado en el Laboratorio de Energía de la PUCP. Se utilizaron 3 gasolinas comerciales (gasohol, E7.8) diferenciados por el índice de octano: gasohol 90 plus, gasohol 95 plus y gasohol 97 plus. Posteriormente, mediante un proceso de destilación implementado fue separado el contenido de etanol de estos combustibles. Con ello, se obtuvieron, en total, 6 muestras de combustibles (3 E7.8 y 3 E0). Adicionalmente, se variaron las dimensiones de la cámara de combustión; obteniéndose 3 relaciones de compresión: RC1 (10.1: 1), RC2 (8.4: 1) y RC3 (11.5: 1). Los ensayos fueron realizados en 15 condiciones de carga. Los resultados obtenidos muestran que el consumo de combustible disminuye (mayor rendimiento efectivo) para mayores relaciones de compresión usando un apropiado nivel de octanaje. En referencia a los parámetros calculados, se podría afirmar que el rendimiento efectivo del motor aumenta conforme se incrementa la carga y la relación de compresión; cuando no se tiene evidencia de una combustión anormal para un apropiado nivel de octanaje. Además se logró registrar la vibración del funcionamiento del motor y se identificó un ligero menor nivel de vibración al usar combustibles de 95 octanos. Por otro lado, los resultados de las emisiones muestran que las cantidades de emisiones de CO dependen íntimamente del dosado relativo; para un dosado relativo que incrementó su valor desde 1 a más (mezclas ricas en combustible), sus emisiones de CO aumentaron. Debido al mayor contenido de oxígeno en los E7.8 se tiene una combustión más completa y se reducen las emisiones de CO y no dependió significativamente del nivel de octanaje. En efecto; al haber una combustión más completa, las emisiones de CO2 aumentaron y se tuvo la reducción de los hidrocarburos no quemados / Tesis

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Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Química / El presente trabajo es un estudio de modelación y simulación 2D del proceso de combustión filtracional rica de fuelóleo pesado (HFO). Se desarrollan dos enfoques de modelación fenomenológica, denominados Modelo I y Modelo C-I, que utilizan decalina como compuesto modelo. El primero aborda el proceso en reactor de medio poroso inerte (MPI), y sus resultados se comparan con datos experimentales de HFO obtenidos en condiciones levemente ricas. Estos últimos muestran que la producción de syngas se acompaña con la formación de un residuo carbonoso sobre el lecho empacado, generando una menor eficiencia del proceso. Para mejorar la transformación de HFO a syngas, el Modelo C-I plantea una configuración de dos zonas reactivas en serie. La primera realiza un craqueo catalítico-térmico de la premezcla rica aire-combustible vaporizado, y la segunda, el reformado de oxidación parcial de los productos del craqueo y el exceso de combustible. En cuanto a los resultados del Modelo I, estos muestran una representación razonable de las tendencias empíricas del procesamiento con HFO. También, se observa mediante simulación, la presencia de un máximo axial en la concentración de H2, y los efectos positivos sobre su producción, con el aumento de la razón de equivalencia y la velocidad de filtración, y la reducción en las pérdidas de calor. Además, el sistema de combustión filtracional rica de decalina presenta un óptimo en la eficiencia de conversión de energía a syngas y los rendimientos de H2 y CO, que se alcanza cuando la razón de flujos másicos de productos (H2, CO) en los gases de escape es máxima. Por otro lado, los análisis de simulación con el Modelo C-I, en condiciones levemente ricas y a velocidad de filtración constante, llevan a determinar que existe una longitud óptima de la zona intermedia del reactor, para la cual la producción de hidrógeno es máxima, debido a un compromiso cinético entre los mecanismos de reacción homogéneo y heterogéneo. En esta condición, se obtiene que la conversión energética total sea predominante con el aumento de la razón de equivalencia, debido a la presencia de especies hidrocarbonadas generadas por el proceso de craqueo de decalina sobre zeolitas. Y además, se mejora la producción de syngas respecto a un reactor de MPI en condiciones similares de operación, cuando los depósitos de material carbonoso en este último, superan un 7.4%. Esta evidencia teórica, recientemente publicada, apoya la hipótesis que la configuración de reactor de medio poroso catalítico inerte en serie, puede representar una mejor alternativa para el aprovechamiento de fuelóleo pesado en su transformación a gas de síntesis durante combustión filtracional rica, respecto a un reactor de lecho poroso inerte, en rangos específicos. / Esta tesis forma parte del Proyecto FONDECYT N° 1121188

El propósito general de este trabajo de título es evaluar la factibilidad técnica de producción de un árido sintético hecho a partir de cenizas de combustión de lecho fluidizado (FBC), con el objeto de disminuir el impacto ambiental inherente a la generación de energía eléctrica de una importante planta de nuestro país. Se pretende proveer antecedentes suficientes para introducir este residuo dentro de las materias primas utilizadas en construcciones de hormigón, en este caso en particular, como un árido liviano para hormigones livianos estructurales. La Refinería ENAP Bio Bio, emplazada en la comuna de Talcahuano, Región de la Araucanía, cuenta con la planta cogeneradora de energía eléctrica Petropower S.A., la cual se retroalimenta del petcoke, material combustible de alto contenido de azufre, producido en el proceso de refinamiento de petróleo. La combustión del petcoke, que se realiza en una cámara de combustión donde se adiciona cal, produce cenizas con alto contenido de sulfato cálcico (CaSO4), óxido cálcico (CaO), carbonato cálcico (CaCO3), fracciones de material alúmino-silíceo e impurezas. Es debido a la presencia de los compuestos de calcio, que se sugiere la activación de éstos mediante la confección de una mezcla de cenizas y puzolana, de modo de obtener un material cementicio de carácter hidráulico. La evaluación de la factibilidad de producción del árido sintético se basó en la caracterización física y química del material resultante de mezclar ceniza FBC, puzolana y agua; y la determinación de un proceso de fabricación de pellets por extrusión. Dentro de los ensayos realizados a la ceniza FBC y a los áridos sintéticos se encuentran: análisis de distribución de partículas mediante equipo láser, superficie específica mediante método Blaine y peso específico para las cenizas; y resistencia a compresión, absorción de agua y densidades a los pellets. Estos ensayos arrojaron resultados que hacen factible continuar con la investigación y posterior utilización de los pellets sintéticos en el hormigón. Se concluye que la resistencia máxima obtenida en los ensayos de compresión de las probetas (21,0 MPa) y el peso específico obtenido a partir de la densidad real seca del árido (~1400 kg/m3 ), permiten caracterizar al árido sintético hecho a partir de la mezcla de ceniza y puzolana como un árido potencialmente apto para la confección de hormigones livianos estructurales, bloques de hormigón liviano y rellenos; introduciendo una nueva línea de investigación en temas de desarrollo sustentable en nuestro país.

Ingeniero Civil Industrial / Las turbinas a gas son turbomáquinas que funcionan en base al ciclo Brayton abierto y son particularmente eficaces como tecnologías de cogeneración. Las cámaras de combustión presentan una serie de componentes de alta relevancia para el óptimo funcionamiento en condiciones seguras, mencionado lo anterior es que el presente trabajo se enfoca en resolver tópicos sobre fenómenos de combustión y estabilidad de flujo para un diseño que permita una correcta operación. La presente memoria tiene como objetivo el rediseño de la cámara de cámara de combustión de una turbina a gas desarrollada conceptualmente en el año 2011 en el DIMEC; con el propósito de su fabricación y el desarrollo de una tecnología para generación de electricidad y calor en zonas residenciales aisladas del sistema de distribución eléctrica. Las cámaras de combustión se componen principalmente de tres elementos, el difusor, el liner, el anillo de distribución de combustible y la bujía. En la presente memoria se diseña una cámara de combustión anular con 88 [mm] de diámetro exterior, 31 [mm] de diámetro interior y un largo de 133 [mm]. Se diseña un difusor de tipo dump de 50 [mm] de largo y un rendimiento del 50% que toma el flujo de aire proveniente del compresor radial y lo descarga en forma axial en el liner a la altura del radio medio de la cámara de combustión. El anillo distribuidor de combustible tiene 12 agujeros de salida que descargan al radio medio del liner, la mezcla es encendida por una bujía comercial YI-24. El diseño del liner identifica 4 zonas del proceso de combustión, con un área transversal definido por un anillo de 78 [mm] de radio exterior, 36 [mm] de radio interior y un largo de 74 [mm]. Se define el número, el diámetro y el arreglo de agujeros que permiten una entrada controlada del aire primario y secundario en cada zona de combustión. Se obtienen resultados mediante simulación CFD del diseño en ANSYS Fluent, donde las temperaturas máximas de las paredes en el liner están entre los 1080 [°C] y los 1180 [°C], la temperatura promedio a la salida del combustor es de 980 [°C], valores por debajo de las temperaturas máximas de servicio de los materiales seleccionados para la fabricación de la turbo máquina. En la sección de discusión se exponen los efectos que tienen el cambio en la geometría, la distribución de agujeros en el liner y las dimensiones de los componentes, por otra parte, se analiza el resultado del uso de los criterios de diseño y su efecto en micro combustores. Se concluye que los criterios expuestos son una buena primera aproximación de para obtener las dimensiones y forma del combustor, aquellos criterios más especializados permiten lograr un diseño más acabado sin necesidad de la prueba y error. Con tal de validar el diseño es necesario realizar simulaciones para evaluar el comportamiento ante fenómenos que no considerados en la geometría. Los resultados obtenidos mediante la metodología empleada y el desarrollo de la presente memoria permiten el diseño de una cámara de combustión para una operación segura.

Ingeniero Civil / En el presente trabajo de título se presenta una metodología para la evaluación energética y medición de la huella de carbono operacional de un edificio existente, tomando como caso de estudio las oficinas pertenecientes a la división Construcción, al interior del edificio de IDIEM ubicado en el campus de la FCFM. Debido a que no existe un procedimiento para calcular huella de carbono de edificios en etapa de uso en Chile, la primera etapa de la investigación consiste en una revisión y comparación de las metodologías usadas comúnmente a nivel internacional. El resultado de esta etapa es la identificación de la metodología más adecuada, o adaptación de esta, para aplicar al caso de estudio. La metodología propuesta está orientada a la identificación de oportunidades de reducción de emisiones de GEI mediante medidas de eficiencia energética. Además, plantea la utilización de un modelo energético calibrado del edificio como fuente de información de datos de consumo, con lo cual se pretende dar solución a los problemas de falta de información que normalmente se presenta en edificios existentes Con la metodología definida se procede al cálculo de la huella de carbono de las oficinas de la división Construcción. De esta etapa se obtiene el total de gases efecto invernadero, expresados en toneladas equivalentes de CO2, que las oficinas en estudio liberan al ambiente durante su operación. La última etapa del trabajo corresponde a la elaboración de una guía de buenas prácticas para la medición de huella de carbono para edificios existentes. En el texto se resume los diversos aspectos y los resultados de la investigación realizada, que se estima puedan servir de guía para otros casos de estudio.

La recirculación de los gases de escape (EGR) introduce diferentes efectos sobre las prestaciones del motor debido a su influencia sobre los procesos de combustión y renovación de la carga del mismo. Los trabajos realizados en esta tesis doctoral se plantearon con el objetivo de profundizar en el conocimiento de los efectos que introduce la recirculación de los gases de escape en el proceso de renovación de la carga de un motor Diesel turbo-sobrealimentado. La metodología utilizada ha sido la combinación adecuada de resultados experimentales y modelados del motor sujeto a estudio. Se ha diseñado una serie de experimentos que permiten separar los efectos del EGR sobre el proceso de renovación de la carga, evitando y aislando el efecto que el EGR ejerce sobre la combustión. Del análisis de los resultados obtenidos se desprende, por un lado, la influencia que tiene la estrategia de EGR utilizada y los elementos que introducen dicha estrategia sobre las prestaciones del motor, y por otro lado, la influencia que ejerce el EGR sobre la sobrealimentación y el proceso de renovación de la carga. / Vera García, F. (2004). Efecto de la recirculación del gas de escape en el proceso de la renovación de la carga en motores turbo-sobrealimentados [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62276

Las crecientes exigencias de la industria están cambiando la forma en que entendemos la sociedad y el entorno en el que vivimos. Frente a la necesidad de un comercio rápido y globalizado, están emergiendo varios problemas de sostenibilidad. Por una parte, ciertos sectores resultan favorecidos, como es el caso del transporte y su radical incremento de actividades. Por otra parte, esto causa un impacto negativo considerable en los ecosistemas terrestres. En este marco, los efectos negativos de la contaminación ambiental y sonora están llegando a límites realmente preocupantes, siendo estos especialmente visibles en los principales núcleos urbanos, donde las autoridades están incluso restringiendo la circulación de los vehículos térmicos. Particularmente, el ruido producido por la quema del combustible en vehículos propulsados por motores de combustión interna alternativos, siendo una de las principales fuente acústicas por delante de otras como la aviación o el ferrocarril, está siendo objeto de recientes estudios para reducir sus efectos perjudiciales en la población. El objetivo principal de esta tesis se centra en el estudio y caracterización de la combustión como fuente de emisiones acústicas. Concretamente, esta investigación tiene como propósito dar respuesta a cuáles son los fenómenos físicos asociados a la generación del ruido en motores de encendido por compresión, así como proponer algunas directrices que ayuden a entender y mejorar -desde el punto de vista de emisiones acústicas y consumo- el diseño de los motores actuales. En una primera aproximación, se recurre a técnicas experimentales de medida para, con el registro de la presión instantánea dentro de la cámara de combustión, caracterizar el origen de las perturbaciones acústicas. A pesar de que la información aportada por estos métodos es relevante, existen limitaciones para recrear la espacialidad del campo acústico y, por tanto, dificultan la comprensión de los fenómenos no estacionarios asociados a este. Por esta razón, en posteriores estudios se recurre al uso de la dinámica de fluidos computacional o CFD, superando así las limitaciones de las técnicas experimentales y permitiendo una visualización completa del problema. Como paso previo e indispensable, se procede a implementar y validar del modelo CFD para asegurar una buena precisión en los resultados y un tiempo de cálculo razonable. La aplicación de métodos de análisis en frecuencia y descomposición modal han permitido estudiar el campo de presiones en el interior de la cámara y así entender mejor su comportamiento. De este modo, ha sido posible encontrar relaciones entre la combustión y la respuesta espectral del campo acústico interno. Los patrones de oscilación de la presión muestran que las estructuras más energéticas, y que por tanto contribuyen a la emisión acústica en mayor medida, están centradas en estructuras macroscópicas de tamaño similar a la geometría de la cámara. Además, se ha demostrado que la posición de la ignición del combustible tiene un efecto directo sobre la amplitud de los modos resonantes y su distribución espacial. Por último, en cuanto a la evaluación de estrategias para mitigar el ruido, se proponen distintos estudios en los que se analizan las tendencias en la emisión acústica al modificar la fuente sonora, mediante la configuración de la inyección y la geometría del sistema de combustión. / Les creixents exigències de la indústria estan canviant la forma en què entenem la societat i l'entorn en què vivim. Davant la necessitat d'un comerç ràpid i globalitzat estan sorgint diversos problemes de sostenibilitat que, per una part afavoreixen que sectors com el del transport incrementen les seues activitats de forma radical, però que per l'altra, causen un impacte negatiu en els ecosistemes terrestres. En aquest context, els efectes negatius de la contaminació ambiental i sonora estan arribant a límits realment preocupants, sent aquests especialment visibles als principals nuclis urbans on les autoritats estan inclús restringit la circulació dels vehicles tèrmics. Particularment, el soroll causat per la crema de combustible en vehicles propulsats per motors de combustió interna alternatius, sent una de les principals fonts acústiques per davant d'altres com l'aviació o el ferrocarril, està sent objecte de recents estudis per tal de reduir els efectes perjudicials en la població. L'objectiu principal d'aquesta tesi es centra en l'estudi i caracterització de la combustió com a font d'emissions acústiques. Concretament, aquesta investigació té com a propòsit donar resposta a quins són els fenòmens físics associats a la generació de soroll en motors d'encès per compressió, així com proposar algunes directrius que ajuden a entendre i millorar -des del punt de vista de les emissions acústiques i consum- el disseny dels motors actuals. En una primera aproximació, es recorre a tècniques experimentals de mesura per a, amb el registre de la pressió instantània en la cambra de combustió, caracteritzar l'origen de les pertorbacions acústiques. Tot i que la informació aportada per aquests mètodes és rellevant, existeixen limitacions per a reconstruir l'espacialitat del camp acústic i, per tant, dificulten la comprensió dels fenòmens no estacionaris associats a aquest. Per aquesta raó, en posteriors estudis es recorre a l'ús de la dinàmica de fluids computacional o CFD, superant així les limitacions de les tècniques experimentals i permetent una visualització completa del problema. Com a pas previ i indispensable, es procedeix a implementar i validar el model CFD per assegurar una bona precisió en els resultats i un temps de càlcul raonable. L'aplicació de mètodes d'anàlisi en freqüència i descomposició modal ha permès estudiar el camp de pressions en l'interior de la càmera i així entendre millor el seu comportament. D'aquesta forma, ha sigut possible trobar relacions entre la combustió i la resposta espectral del camp acústic intern. Els patrons d'oscil·lació de la pressió mostren que les estructures més energètiques, i que per tant contribueixen a l'emissió acústica en major mesura, estan centrades en estructures macroscòpiques de grandària similar a la geometria de la càmera. A més, s'ha demostrat que la posició de la ignició del combustible té un efecte directe sobre l'amplitud dels modes ressonants i la seua distribució espacial. Per últim, pel que fa a l'avaluació de diverses estratègies per a mitigar el soroll, es proposen distints estudis en què s'analitzen les tendències en l'emissió acústica en modificar la font sonora mitjançant la configuració de l'injector i la geometria del sistema de combustió. / The ever-increasing demands of industry are changing the way we understand society and the environment in which we live. In the face of the need for rapid and globalised trade, a number of sustainability issues are emerging which, on the one hand, encourage sectors such as transport to radically increase their activities, but, on the other hand, cause a negative impact on terrestrial ecosystems. In this context, the negative effects of environmental and noise pollution are reaching really worrying limits, these being especially visible in the main urban areas where the authorities are even restricting the circulation of vehicles powered with thermal engines. In particular, the noise produced by the fuel burning in vehicles powered by reciprocating internal combustion engines, being one of the main acoustic sources ahead of others such as aviation or railways, is being the focus of recent studies to reduce its harmful effects on the population. The main objective of this thesis focuses on the study and characterization of combustion as a source of noise emissions. Specifically, this research focuses on addressing the physical phenomena associated with noise generation in compression-ignited engines, as well as proposing some guidelines in order to better understand and improve -from the point of view of noise emissions and fuel consumption- the design of current engines. In a first approach, experimental techniques are used to characterise the source of the acoustic disturbances by recording the instantaneous pressure inside the combustion chamber. Although the information provided by these methods is relevant, there are some limitations to recreate the spatiality of the acoustic field and, therefore, make it difficult to understand the non-stationary phenomena associated with it. For this reason, in subsequent studies the Computational Fluid Dynamics or CFD approach is utilized, thereby overcoming the limitations of experimental techniques and allowing a complete visualization of the problem. As a preliminary and indispensable step, we proceed to implement and validate the CFD model to ensure a good accuracy in the results and a reasonable calculation time. The application of frequency analysis and modal decomposition methods has made it possible to study the pressure field inside the chamber and thus better understand its behaviour. In this way, it has been possible to find relationships between the combustion and the spectral response of the internal acoustic field. The pressure oscillation patterns show that the most energetic structures, and thus contributing the most to the acoustic emission, are centred on macroscopic structures of similar size to the chamber geometry. In addition, the ignition position of the fuel has been shown to have a direct effect on the amplitude of the resonant modes and their spatial distribution. Finally, regarding the evaluation of different strategies for mitigating noise, different studies are proposed in which the trends in noise emission are analysed by modifying the sound source through the injection configuration and the geometry of the combustion system. / Gómez Soriano, J. (2018). Computational assessment of combustion noise of automotive compression-ignited engines [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/112726 / TESIS