Tesis y Trabajos de Investigación PUCP
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Ítem Texto completo enlazado Diseño de un quemador semi-industrial que opere con gas licuado de petróleo a nivel de Lima(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-02-10) Soto Jayo, Jasmine Yolanda; Rojas Chávez, Freddy JesúsLa presente tesis tiene como objetivo desarrollar un prototipo de quemador semi-industrial que trabaje en un rango de potencias de 3,2 a 4,7 kW con bajas presiones de operación entre 28 y 60 mbar de gas licuado de petróleo y alto rendimiento térmico a nivel de la ciudad de Lima. Actualmente, se pueden encontrar quemadores semi-industriales que no especifican la potencia de operación ni su rendimiento térmico. Es importante mencionar que se suelen utilizar estos quemadores con la válvula de gas completamente abierta dejando a los usuarios expuestos a accidentes, ya que los tanques de gas almacenan combustible a 6 barg aproximadamente. Las bases para desarrollar el prototipo de quemador parten del supuesto de que, variando la geometría de los quemadores se puede obtener rendimiento térmico mayor a 50% operando a bajas presiones. Al existir otras investigaciones relacionadas con quemadores, los cuales revelaban que los parámetros influyentes en el rendimiento del quemador son la geometría del mezclador, la cantidad y ángulo de salida de los puertos de la cabeza del quemador, se decidió utilizar esta información para desarrollar un prototipo para obtener el rendimiento térmico deseado. Además, para evaluar el rendimiento se seguirá la metodología propuesta por las normas NCh927/1 y GB16410. Adicionalmente, se evaluarán las emisiones producidas por el quemador mediante la norma NCh927/1 y se compararán con alguno de los quemadores de línea base. Los resultados fueron favorables en cuanto a la obtención del rendimiento térmico, ya que se alcanzaron rendimientos iguales o mayores al esperado, además el quemador prototipo puede operar en un rango de potencias de 3,2 a 4,8 kW para GLP y Gas Natural a bajas presiones, como son 28 mbar y 23 mbar, respectivamente. Finalmente, se concluye que la modificación de la geometría del mezclador y de la cabeza del quemador tuvo un efecto positivo sobre el rendimiento térmico obtenido. El obtener un rango de potencias a bajas presiones hace posible la implementación de un regulador de presión a la salida del gas combustible para evitar que el usuario opere el quemador con la válvula completamente abierta.Ítem Texto completo enlazado Análisis de los parámetros geométricos de diseño de una cocina a gas que influyen en la eficiencia térmica y emisiones(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-02-03) Napan Dominguez, Luis Eduardo; Rojas Chávez, Freddy JesúsEn la actualidad peruana, el mercado referente a las cocinas domesticas presenta una ineficiencia debido a que las que se ofrecen son de baja eficiencia térmica. Esta se encuentra alrededor de 40%. Existen diversos factores que afectan directamente a la baja eficiencia que presentan, tales como la combustión inadecuada debido a un mal diseño. El presente trabajo de investigación tiene por objetivo analizar investigaciones desarrolladas acerca de cómo los parámetros geométricos de un quemador influyen de manera directa en la eficiencia térmica y emisión de gases. Se analizaron ocho investigaciones, cuatro referidos a la eficiencia térmica y cuatro referidos a la emisión de gases, analizando cuales son los que concuerdan entre los distintos autores y de esta manera hallar cuales son los más influyentes en el incremento significativo y los que reducen la emisión de gases. Del análisis se obtuvo que tres de los factores que más influyen en el aumento significativo de la eficiencia son la inclinación de los puertos externos, el número de puertos externos y la altura de carga. Ya que para la inclinación se obtuvo un aumento de hasta un 13%, la variación del número de puertos externos generó un incremento de 7% y la altura de carga genera una variación en la que se genera un punto de máxima eficiencia cuando la altura es ligeramente inferior a la punta de la llama. Por otro lado, para el caso de las emisiones producidas, se tuvo que están relacionados directamente con los de eficiencia térmica ya que un quemador más eficiente genera una menor emisión y una reducción en la cantidad de suministro requerido para la combustión. Se tuvo además que la variación de la altura de carga reduce significativamente las emisiones de CO y NOx producidos en la combustión.Ítem Texto completo enlazado Diseño y evaluación experimental de mezcladores aire-gas combustible para un quemador de premezcla doméstico de 1.7 KW(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-04-23) Álvarez Olivares, José Alexis; Rojas Chávez, Freddy JesúsEl trabajo desarrollado presenta el diseño energético y la evaluación experimental de once mezcladores de aire-gas combustible para un quemador de premezcla doméstico de 1,7 kW, usando gas natural o gas licuado de petróleo (GLP) como combustible. Se busca contribuir con una investigación centrada en los diferentes modelos que puede poseer un mezclador para quemadores de pre-mezcla con gas inductor en una cocina a gas, así como en los efectos que pueden generarse debido a las disimilitudes en sus diseños. Para lo cual se realizaron ensayos con los mezcladores propuestos en un módulo de pruebas, siguiendo lo establecido por la norma técnica chilena NCh927/1, variando la distancia entre el inyector y el mezclador, así como la correspondiente a la hornilla del quemador respecto al recipiente de pruebas (olla con agua). Por lo tanto, la elaboración del presente trabajo se fundamenta en su aporte experimental al reconocimiento de las consecuencias que diversos cambios en las características de los mezcladores pueden provocar, centrándose solo en el rendimiento térmico y las emisiones de monóxido de carbono (CO) como producto de la combustión exenta de aire y vapor de agua (combustión neutra), denominado como monóxido de carbono neutro (CO)N. Para esto se requirió reconocer cuáles son las condiciones de trabajo en las que las cocinas domésticas suelen operar en Lima, así como las características físico-químicas de los combustibles a utilizar, lo que permitió determinar las dimensiones de los mezcladores. Posteriormente, se prosiguió con la fabricación de los mezcladores planteados. De este modo, como resultado, se obtuvieron once diferentes modelos de mezcladores; siendo cinco de ellos diseñados para su uso solo con gas licuado de petróleo, otros cinco solo para gas natural y el último para ambos gases combustibles. Finalmente, se prosiguió con las pruebas experimentales correspondientes, cuyos resultados permitieron la elaboración de los respectivos gráficos para los diferentes mezcladores propuestos, permitiendo evaluar las condiciones que ofrecen los mejores resultados, para luego compararlos con los límites establecidos por la norma NCh927/1. Según lo observado, un aspecto influyente en el arrastre de aire es la distancia que existe entre el inyector y el mezclador; de manera que al alejar el inyector, la cantidad de aire en la mezcla se incrementó; permitiendo una reducción del porcentaje de monóxido de carbono neutro (CO)N. Además, se tiene que los mezcladores desarrollados para gas natural permiten obtener mayores rendimientos térmicos y menores valores de monóxido de carbono neutro, a comparación de los fabricados para gas licuado de petróleo, cumpliendo con los límites establecidos por la norma NCh927/1 en algunos casos. De tal forma que el mezclador GN-5 es el único que permite cumplir los requerimientos de rendimiento y emisiones.Ítem Texto completo enlazado Procedimiento de cálculo para el dimensionamiento y análisis térmico de biodigestores del tipo bolsa tubular y domo fijo(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-08-29) Ildefonso Sánchez, Alexander Franco; Rojas Chávez, Freddy JesúsLa construcción de biodigestores para tratar residuos orgánicos provenientes de la producción agropecuaria (estiércoles de animales) a fin de obtener biogás, es una práctica habitual en poblaciones agropecuarias ubicadas en zonas tropicales y son menos construidas en zonas frías dado que no resultan producir la misma cantidad de biogás que los construidos en las zonas cálidas. Esto se debe a que las bajas temperaturas o fluctuaciones de temperaturas día/noche que ocurren en estas zonas, disminuyen la temperatura dentro del biodigestor provocando una inhibición en la producción de biogás que se obtiene de la fermentación de estos residuos a temperatura constante. Es necesario entonces investigación acerca de nuevos diseños de biodigestores para adaptarlos satisfactoriamente a zonas frías. El trabajo de tesis plantea un procedimiento para el dimensionamiento y análisis térmico de biodigestores de pequeña escala que permitirá encontrar un mejor diseño adaptado a climas fríos en el Perú. La instalación de biodigestores permitirá que familias productoras agropecuarias ubicadas en zonas rurales del Perú, tengan un adecuado tratamiento de sus residuos orgánicos y además se beneficien con un combustible renovable que puede ser usado para calefacción de una vivienda o para uso doméstico. Para conseguir este objetivo se propone un procedimiento de cálculo estandarizado que puede ayudarse del uso de un software de elaboración propia, que dimensiona los biodigestores y calcula las pérdidas de calor. En primera instancia se hace un análisis de la demanda energética en la vivienda, para luego relacionar esta demanda de energía con una cantidad equivalente en metros cúbicos de biogás, que a su vez, se relacionan directamente con una cantidad de animales que el usuario debe tener. Finalmente se analizan alternativas para remediar las variaciones de temperaturas dentro del biodigestor con calentadores activos o pasivos, y se determinan conclusiones y recomendaciones para mitigar las pérdidas de calor dentro del biodigestor.Ítem Texto completo enlazado Análisis experimental de cocinas anafe a gas licuado de petróleo y gas natural para alturas entre 2200 y 4200 m.s.n.m.(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-01-23) Ramos Gonzáles, Bryan Gonzalo; Rojas Chávez, Freddy JesúsEl gas licuado de petróleo se ha convertido en uno de los principales combustibles para las familias peruanas (Mercado de GLP OSINERGMIN, 2011). Por otro lado, en el gas natural se ha hallado un nuevo recurso para el sector residencial (OSINERGMIN, 2012). A pesar de la citada relevancia, no existe un estudio experimental de rendimiento térmico en cocinas anafe utilizando gas licuado de petróleo y gas natural considerando las ciudades cuya altitud es superior a la de la ciudad de Lima. Frente a esta necesidad, el presente trabajo abarca un estudio experimental de cuatro cocinas anafe comerciales y una cocina prototipo diseñada en la PUCP (Del Castillo Velarde, 2015) utilizando gas licuado de petróleo y gas natural para altitudes en el rango de 2200 y 4200 m s.n.m. el cual contribuye con dar a conocer la potencia, rendimiento térmico, emisiones y consumo de las cocinas anafe. Para el desarrollo de este estudio se estableció un procedimiento de ensayo según la norma de cocinas domésticas Nch927/1 (INN-CHILE, 2001) que ha permitido obtener los datos necesarios para los ensayos de rendimiento térmico y emisiones. El trabajo de campo fue realizado a través de un equipo que viajó a cinco ciudades cuyas alturas están en el rango de 2200 y 4200 m s.n.m. Matucana (2293), Tarma (2891), Huancayo (3126), La Oroya (3706) y Cerro Pasco (4155). En base a los datos obtenidos se realizaron los cálculos con el fin de obtener la potencia, rendimiento térmico, emisiones y consumo mensual de cada cocina en el rango de los 2200 a 4200 m s.n.m. Luego del análisis de los resultados, el trabajo de tesis concluye que la potencia de la cocina anafe disminuye 0.56% por cada 100 m de incremento de altura sobre el nivel del mar. Además, se concluye que un quemador atmosférico doméstico cumplirá satisfactoriamente referente a tiempo, ahorro y salud si tiene una potencia entre 1.4 kW y 2 kW, rendimiento térmico mayor a 50 % y emisiones por debajo de 0.15 %(co)n para una altitud por encima de los 2200 metros sobre el nivel del mar.Ítem Texto completo enlazado Determinación de la velocidad de llama laminar en un quemador de premezcla(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-10-31) Bisso Carrasco, José Luis; Rojas Chávez, Freddy JesúsEn el presente trabajo se calculó la velocidad de llama laminar del gas licuado de petróleo (GLP) con una concentración de 70% de propano y 30% de Butano en un quemador de llamas de premezcla tipo Powling y se comparó los resultados obtenidos con los determinados por el método de cálculo aprendido en pregrado y también empleando el software NASA Lewis 89. La metodología consistió en realizar ensayos en el módulo del quemador de llamas de premezclas, variando la cantidad de aire y combustible que ingresa al sistema. Es de esta forma que se consiguió una serie de datos de fracción estequiométrica (Φ) versus velocidad de llama laminar (SL). Luego en la siguiente parte del estudio se realizó el cálculo de la velocidad de llama laminar de forma analítica, empleando las ecuaciones químicas de balance de especies y de energía para poder calcular la temperatura de llama adiabática y con ella poder realizar el cálculo de la velocidad de llama. Por otra parte también se empleo el software NASA Lewis 89, dicho software contiene un análisis más sensible acerca de la combustión al calcular las composiciones de equilibrio de mezclas compuestas y sus propiedades. Este programa es usado para obtener un mejor resultado con respecto a la temperatura de llama adiabática y así poder obtener valores de velocidad de llama laminar más cercanos a la realidad. Finalmente se construyen las tablas y gráficos comparativos para la elaboración de las conclusiones y la evaluación de los resultados obtenidos en la parte experimental contra los determinados en la parte analítica por medio del software empleado. Por último se obtuvieron resultados experimentales de velocidad de llama laminar en el rango de 12,35 cm/s hasta 17,16 cm/s; correspondientes a una fracción estequiométrica de 0,58 a 0,68 respectivamente.Ítem Texto completo enlazado Diseño energético de un incinerador para 700 kg de residuos sólidos hospitalarios usando gas licuado de petróleo(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-07-24) Barrantes Vásquez, Víctor Arturo; Rojas Chávez, Freddy JesúsEl trabajo desarrollado presenta el diseño energético de un incinerador tipo aire controlado como propuesta más óptima para el procesamiento de 700kg de residuos sólidos hospitalarios considerados peligrosos utilizando Gas Licuado de Petróleo (GLP) como combustible. El enfoque es encontrar una solución al problema en la ciudad de Huancayo, Perú, donde, por no contar con un sistema eficiente para el tratamiento de residuos hospitalarios, se expone a los trabajadores de centros de salud al riesgo de contagio de enfermedades inherentes a la actividad laboral que ellos realizan. Así, la justificación de la elaboración del presente trabajo radica en su valor teórico-práctico como método de cálculo para el diseño de incineradores con distintas capacidades y en los beneficios que traería su implementación en cualquiera de las diversas condiciones ambientales del país. Para ello, primero fue necesario la caracterización de los residuos y la definición de los parámetros de operación tales como la regulación del caudal de aire de combustión en ambas cámaras, es decir, defecto de aire en la primaria y exceso de aire en la secundaria para combustión incompleta y completa respectivamente. Segundo, se calculó las dimensiones requeridas para las cámaras a fin de asegurar un correcto tiempo de esterilización. Tercero, se definió los espesores del refractario y aislamiento a usar. Cuarto, se seleccionaron los quemadores y ventiladores a intervenir. Quinto, se realizó un esquema constructivo en donde se muestra la disposición general de los elementos calculados y finalmente, se presentó costo estimado relativo al diseño energético. Como resultado se tiene el procesamiento efectivo de 700kg de residuos hospitalarios en un tiempo promedio de 6 horas en donde se estima que se emitieron 51,8kg de cenizas, 422,7kg de gas y 225,5kg de vapor de agua. Estos dos últimos fluidos se consideran expuestos durante 1,9 segundos a temperaturas mayores a 1200°C con lo cual se cumpliría con el criterio especificado por el Ministerio de Salud del Perú. Por otro lado, se estima un uso de 90,5gal de GLP. Finalmente, el costo relativo aproximado del aislamiento, quemadores, ventiladores y operación durante un mes es de 36436 USD.