Facultad de Ciencias Naturales y Ambientales

Transcripción

1 Facultad de Ciencias Naturales y Ambientales Diseño y construcción de un equipo generador de CO 2 que utiliza GLP para la producción de biomasa para su posterior uso en la industria energética. Marco Tapia Mora 01 de agosto del 2017

2 Eficiencia energética. Energías renovables: eólica, solar, hidroeléctrica. Captura y almacenamiento de dióxido de carbono. Generación de Energía Procesos Industriales: generación de vapor y energía, Calderas. Procesos domésticos: cocción de alimentos. Cotidianidad: movilidad, motor de combustión interna. Atrapamiento de CO 2 mediante vía biológica. Alternativas Hidrocarburos Contaminación y Consecuencias. Producción de CO 2 principal gas de efecto invernadero. Calentamiento global. Recurso natural finito.

3 Atrapamiento de CO 2 vía biológica Organismos fotosintéticos Macroalgas Microalgas OBJETIVO GENERAL Hipótesis: Es factible el diseño y construcción un sistema de generación de CO 2 a escala piloto Diseño y construcción de un sistema generador para la de alimentación CO continua y segura de Captura de 2, con combustión de GLP y capacidad de suministro Fotosíntesis continuo de CO2 a una CO gases temperatura de combustión, menor bajo a 30 C condiciones y un caudal de 2 máximo de 400 g/h a un fotobiorreactor con microalgas. temperatura menores a 30 C y 15 psi? Crecimiento, cultivo y captura in situ Biomasa Fuente de energía Objetivos Específicos Proyección a Obtención de datos escala reales referentes Industrial proceso de combustión de GLP. Chimeneas Generadores de vapor Termoeléctricas Funcionamiento del equipo con arranques reproducibles y seguros.

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5 Diseño de Combustor: 1 Uo = 1 ho + Flujo de calor Q 5806,49 KJ/h Coeficiente global de transferencia U 10,912 W/m de calor 2 *C h i 49,63 W/m^2 C 1 do do ln Hod + di 2kw h g 1,53E-01 W/m^2 C g ray 0, do di 1 hid + do di 1 hi h nb 15,45 W/m 2 *C Coeficiente de película interna: Convección Radiación T 4 4 g T wi h i = h g + σg ray T g T wi Volumen Hogar 0,3142 m 3 Volumen Cámara Enfriamiento 0,0012 m 3 Altura Total 0,60 m Diámetro Total 0,27 m h nb = Coeficiente de película externa: Correlación Forster y Zuber k 0.79 L C 0.45 pl ρl 0,49 σ 0.5 μ 0.29 L λ ρ ( T w T s T w T s v

6 Diseño de Intercambiador de Calor U Media logarítmica 230 efectiva de Temperaturas W/m 2 *C MLDT ΔT₂ ΔT₁ LMDT = 290,32 C ln ΔT₂ ΔT₁ Flujo Volumétrico 2,93 m 3 /h flujo másico 0,003 kg/s Estimación de masa de agua requerida Flujo de calor Q 0,69 kj Q m = Masa de agua necesaria Cp ΔT48,12 kg Área Calculo Serpentín del área necesaria 0,0112 para el intercambio m 2 de calor Longitud Serpentín 0,53 m Q A = Área Carcasa U MLDT 0,9 m 2

7 Diseño de Torre de Enfriamiento Cálculo Selección de Zona de Materiales de Contacto Material Clase Normativa Cálculo de Flujo másico de agua Cantidad de agua a inyectar C s G y z = 0,043 G 0,8 0,4 y G ln T 0,27 kg/h 2 yb T s G x = Q H 2O ρ H 2 O Área transversal 706,86 ASTM cm A48 2 x T ya T s Área Flujo másico de agua 212,21 Clase kg/m h Hierro Zona gris de contacto 300 Z B 0,8ASTM A653 m Inundación Cálculo de 0,39 Velocidad de m Inundación de la Columna Suelda Mic L G ρ G ρl Ec. 30 Costura NTE INEN 0112 G 2 NTE INEN 0600:2013 A P Ɛ 3 μ 2 L = V2 g ρ G ρ L Aplicaciones que trabajan a presión tales como componentes hidráulicos. Requisitos químicos obligatorios y propiedades mecánicas típicas. Cilindros de acero soldados para gases comprimidos a baja y media presión a p Ɛ 3 ρ G μ L 2 Requisitos de calidad para soldadura por fusión de materiales metálicos g ρ L

8 Resultados de Experimentación y Mediciones Medición Mediciones de condiciones de gases de combustión. Parámetro Medición 1 Medición 2 Unidad T salida gas 17,6 16 C Exceso aire 9,3 40,3 % Eficiencia 94,8 86,3 % CO 2 12,5 9,5 % Resultados balance de Energía final. Q entregado Q ganado GLP CO O ,4 % por reacción CO por agua 100 consumidos 113 ppm generados kj/h NO kj/h 41 53g/h ppm g/h Max. Mediciones 7760de Caudal de agua 6673,6 de enfriamiento y gases 133,0 de combustión en el combustor. 401,0 Min ,36 29,6 89,2 Caudal H2O l/s T entrada H2O C T Salida H2O C m agua cp agua T salida T entrada T Salida Gases C 1 3, , ,7 19,4 21, ,6 20,2 21, ,7 21,3 22, ,8 21,8 22,7 241 = H Reacción Eff Combustión

9 DISCUSIÓN Rendimiento aceptable y eficiente. Diseño de difusor de Aire Primario Potencia de combustión Cole Palmer: 3200 kj/h Construido: 7760 kj/h Eficiencia: 86,3 % Diseño y construcción de difusor de aire primario en el quemador Ausencia de aire primario en hogar Quemador Combustión de 29.6 y 123 gr/h de GLP Exceso aire: 9,3 % - 40,3 % Eficiencia: 94,8 % - 86,3 % Dificultad de cuantificación de caudales de combustible. Mayor número de mediciones. Balances de Energía Exceso de aire dentro de rango de quemadores industriales de combustibles gaseosos

10 CONCLUSIONES Combustor Provee CO 2 de forma continua y estable Suministra: 89 a 401 g de CO 2 Genera: 1726 a 7760 kj/h Temperatura: C Quemador Combustión constante de GLP Atmósfera cerrada a 10,3KPa Exceso de aire: 9,3 a 40, 3 % Concentración máxima CO de 110 ppm. Ausencia de aire primario Diseño y construcción de difusor de aire primario Llama estable y constante

11 CONCLUSIONES Combustor Provee CO 2 de forma continua y estable Suministra: 89 a 401 g de CO 2 Genera: 1726 a 7760 kj/h Temperatura: C Funcionamiento Quemador del sistema Arranques Combustión constante de GLP seguros y reproducibles Atmósfera cerrada a 10,3KPa Manual de operación del Exceso de aire: 9,3 a 40, 3 % Concentración máxima CO Sistema de 110 ppm. Ausencia de aire primario Diseño y construcción de difusor de aire primario Llama estable y constante

12 Recomendaciones Desarrollo de un sistema de control que permita mejorar la seguridad operativa del sistema. Construcción de una cubierta para evitar daños por corrosión y prolongar la vida útil del sistema. Utilizar el método del manual de operación del sistema para llevar a cabo arranques reproducibles con seguridad. Realizar pruebas en la torre de enfriamiento, con variaciones del caudal de agua y número de platos. Usar un compresor de dos o más pistones.

13 GRACIAS..